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电站锅炉安装常见的焊接缺陷及预防措施徐火力( 厦门市锅炉压力容器检验所福建厦门361002)摘要通过对电站锅炉安装过程中常见的未焊透、未熔合、气孔、夹钨等焊接缺陷及表面缺陷产生的原因进行分析, 进而提出相应的预防措施。关键词 电站锅炉安装中图分类号: TK226.2焊接缺陷 原因 预防措施文献标识码: A文章编号: 1672- 9064(2007)03- 0104- 03前言电站锅炉安装过程中, 焊接工作量非常大, 焊接质量的 好坏直接影响到锅炉的安装质量以及能否确保锅炉安全经 济运行, 因此如何加强焊接管理、做好安全防范是整个锅炉 安装的重要环节。电站锅炉承接的焊接工程主要有钢架焊 接、受热面及汽水管道焊接、以及输煤系统、电除尘、除渣 、 除灰系统焊接等。以 300MW 的机组为例, 1 台锅炉具体的 焊接工程量大约如下: 锅炉受热面焊口数为 18182 个; 4 大 管道焊口数为 361 个; 钢架柱与柱、柱 与梁的 焊接; 水 平支 撑与垂直支撑的焊接; 运转机构架及炉顶小室的焊接; 全炉 平台扶梯的焊接; 全炉疏放水管道的安装焊接; 全炉 1、2 次 密封焊接; 预热器的焊接; 输煤系统的焊接; 除渣、除灰系统 的焊接等。由此可见焊接工程巨大, 如何搞好组织施工、加 强焊接过程控制是确保工程质量的关键。尤其是锅炉受热 面的焊接更是整个工程的重中之重。因此, 在锅炉安装中,对受热面的安装有非常严格的要求: 1 锅炉受热面组合。锅 炉受热面的管子和集箱在组合前必须进行通球和检 查, 管 口及时封闭, 并办理签证。所有合金钢部件都必须进行光谱 复核。组件的长度、宽度及对角线尺寸必须符合验标要 求; 2 锅炉受热面安装找正。所有受热面找正都以汽包的纵 横中心线及标高为基准进行找正。找正时要保证所有吊杆 都受力均匀, 各受热面的纵横中心线及标高偏差都符合验 标要求; 3 焊件对口应做到内壁平齐, 焊件组装前, 焊口边 沿 10mm 左右应打磨干净, 除锈 、除油、除 漆、除垢 , 直至发 出金属光泽。焊条使用前, 应按要求进行烘焙, 使用时, 装入 保温筒内。焊接场所应采取防风、防雨等措施。管子与管子 焊接时, 管内不得有穿膛风等。但是, 焊接过程中, 由于多种 原因, 往往会在焊接接头区域产生各种焊接缺陷。锅炉安装过程中的焊接缺陷有: 1 裂纹, 包括热裂纹、冷裂纹、再热裂纹; 2 未焊透; 3 未熔合; 4 夹渣; 5 气孔; 6 表 面缺陷, 包括咬边、背后凹陷、焊瘤、弧坑、电弧擦伤、焊缝尺 寸不符合要求以及拉紧板、临时支撑、吊耳的残留痕等; 7 其 它缺陷, 包括过热和过烧、夹钨等。笔者通过对 1025t/h 和220t/h 等电站锅炉的安装监检, 并和安装单位进行技术探讨, 发现电站锅炉安装过程中产生的焊接缺陷主要有: 未焊透、 未熔合、气孔、夹钨及表面缺陷等。下面通过对电站锅炉安装 过程中常见的焊接缺陷产生的原因进行分析, 结合监检经验 和安装单位的安装经验, 进而提出相应的预防措施。0常见焊接缺陷产生的原因及预防措施未焊透的原因及预防措施22.12.1.1未焊透的原因未焊透的原因是焊接接头的坡口角度小, 间隙过小或钝边过 大 ; 层 间 及 焊 根 清 理 不 良; 焊 条 偏 芯 度 太 大; 磁 偏 吹 影 响; 焊接电流或焊炬火焰能率过小, 或焊速过快等, 都容易形 成未焊透。电站锅炉受热面管子一般都具有管径小、管壁较 薄、管间距离小、管与管之间有铁件相互制约等特点。通常是 整排管子一次对口, 逐根管子对口点固焊, 按顺序一次完成 整排管子的焊接。管子的排列布置有单排管、双排管乃至 3 排、4 排管等。由于管排密集, 空间狭窄, 施焊比较困难。比如膜式水冷壁的安装,一般先在现场地面水平预 制组焊 成整体, 再吊装就位。预制采用手工钨极氩弧焊焊接或手工钨极氩弧焊封底加手弧焊盖面的工艺进行。在安装施工中所发现 的焊接缺陷, 存在一部分未焊透缺陷, 产生此缺陷的主要原 因有以下几方面:( 1) 膜式水冷壁管屏工地进行管子对接安装,由于窄间隙 有障碍操作极容易产生未焊透。( 2) 组对间隙不一致, 在工地进行片与片组装时, 就要同常见的焊接缺陷1作者简介: 徐火力( 1965) , 男, 1987 年毕业于上海机械学院热能工程专业, 高级工程师, 副所长, 主要从事锅炉压力容器, 压力管道检验检测工作。能源与环境 IS S N1 6 7 2 - 9 0 6 4 能 源 设 备CN3 5 - 1 2 7 2 /TK时组对多个焊口, 然而使组对间隙相同非常困难。另外, 多个焊口不可能同时焊接, 当焊完一部分焊口, 其余尚未焊的焊 口间隙就会缩小, 甚至为零。这些焊口在施焊中很容易出现 未焊透缺陷。( 3) 焊接时受两侧管的障碍以及强力组对出现错口造成 未焊透等。2.2.2 未熔合的防止措施。焊条和焊炬的角度要合理, 运条摆动应适当, 要注意观 察坡口两侧熔化情况; 选用稍大的焊接电流和火焰能率, 焊 速不宜过快, 使能量增加足以熔化母材或前一层焊缝金属; 焊接过程中发现焊条偏心, 应及时调整角度, 使电弧处于正 确方向; 仔细清理坡口和焊缝上的脏物; 采用氩弧焊打底的 根层焊缝检查后, 应及时进行次层焊缝的焊接; 为了避免 出 现“冷接头”, 应计划好焊丝长度, 尽量不要在焊接过程中更 换焊丝。为了避免焊丝抖动, 握丝处距焊丝末端不宜过长, 建 议采用不停弧“热接头”方法。这种方法是当需要变更握丝位 置而出现接头时, 先将焊丝末端和熔池相接触, 同时将电弧 稍作后移, 或引向坡口一边, 待熔池凝固与焊丝末端粘在一 起的刹那间, 迅速变换握丝位置, 完成这一动作后, 将电弧立 即恢复原位, 继续焊接。采用“热接头”法, 既能保证焊接质 量, 又能提高工效。预防措施防止产生未焊透的措施为: 控制接头坡口尺寸, 如单面 焊双面成形的接头, 其装配间隙应为焊条直径、钝边应为焊 条直径的一半左右; 要仔细清根; 焊接时应选择合适的焊接 速度和焊接电流; 用短弧焊等。从最困难的部位起弧, 在障碍 最小的地方收弧封口, 以免焊接时影响操作和焊工视线, 降 低焊接接头质量; 避免焊接接头温度过低, 最好采用两人对 焊的方式进行焊接; 在有障碍的部位, 很难作到喷嘴、焊丝与 焊件保持规定的夹角, 可根据实际情况进行调整, 待困难位 置过后, 即恢复正常角度的焊接。比如对于膜式水冷壁: 1 组对前应认真校验焊口平齐情况, 对于较轻微的变形可采用 火焰矫正或机械方法矫形后再组对;变形太大的, 整体矫形 困难大的可先将鳍片间的连结焊缝割开, 其割缝长度根据变 形程度及应力大小而定, 一般不超过 1500 mm, 然后再单根 管矫形。待整片水冷壁组焊完后, 再将割开的鳍片焊缝采用 分段退焊法重新焊好。 2 严格控制多个焊口组对的最小间 隙和最大间隙, 使其中最小组对间隙能满足焊接质量要求; 最大组对间隙不超过 5mm。施焊时, 采取先焊间隙较小的焊 口, 后焊间隙大的焊口。这样既能避免产生未焊透, 还有助于 减少焊接应力和变形, 同时可减少焊口浪费。 3 当焊至鳍片 部位时, 因此处受管间距限制, 最好使用端部修磨较尖锐的 钨极施焊, 增大焊枪可达性, 并且应适当降低焊速, 增加电弧 在此处的停留时间, 待熔池尺寸与其它部位相等, 熔融金属 成“渗入”状态时再前移。 4 对于每片最后焊的焊口间隙过 小而不易保证焊接质量时, 可使用端部修磨较尖锐的钨极施 焊, 以使电弧集中, 易于焊缝根部熔透。2.1.2气孔产生的原因及预防措施气孔的形成机理常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气2.32.3.1体溶解度的几十分之一至几百分之一, 熔池金属在凝固过程中, 有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体 逸出速度时, 就形成气孔。一切能导致焊接过程中产生大量 气体的因数都是产生气孔的原因, 主要有以下几方面: 1 焊 接材料方面: 焊条或焊剂受潮, 未按规定要求烘干; 焊条药皮 变质、剥落, 或因烘干温度过高而使药皮中部分成分变质失 效; 焊芯锈蚀, 焊丝清理不干净, 焊剂中混入污物等均易产生 气孔。 2 焊接工艺方面: 手工电弧焊时, 采用过大的电流造 成焊条发红而使保护失效, 碱性低氢型焊条焊接时电弧过 长, 手工钨极氩弧焊时氩气纯度低, 保护不良等均易形成气 孔。比如电站锅炉中的受热面小口径管( 如过热器管) 手工焊 盖面引弧和收弧时容易产生气孔。由于气泡上浮速度与熔池 金属粘度成反比, 对于小口径焊口来说, 起弧点温度较低, 冷 却快。又由于坡口小, 焊速快, 收弧点输入热量相对较少, 同 样冷却快。于是熔池金属的粘度急剧增加, 使气泡上浮速度 大大减小, 因而焊缝中的气泡来不及逸出而残存在内部形成 气孔。2.22.2.1未熔合的原因及预防措施未熔合的原因焊接时电流过小或焊速太快, 因热量不够, 使母材坡口或先焊的焊缝金属未得到充分熔化; 选用的电流过大, 使后半根焊条发红而造成熔化太快, 在母材边缘还没有达到溶化 时焊条的熔化金属已覆盖上去; 焊件散热速度太快, 或起焊 处温度低, 使母材的开始端未熔化, 产生未熔合; 焊条、焊丝 或焊炬火焰偏于坡口一侧, 或因焊条偏心使电弧偏于一侧, 使母材或前一次焊缝金属未得到充分熔化就被填充金属覆 盖而造成; 当母材坡口或前一层焊缝金属表面有锈或脏物, 焊接时由于温度不够, 未能将其熔化而盖上填充金属, 也会 形成边缘及层间未熔合。在电站锅炉受热面管安装中, 由于 同一条焊缝焊接过程中出现停弧, 造成了“冷接头”, 特别是 大直径管“冷接头”次数更多, 也是造成层间未熔合的原因。气孔产生的防止措施不得使用 药皮开 裂、剥落 、变质、偏 心 或 焊 芯 锈 蚀 的 焊 条, 已经生锈的焊丝必须除锈或重新冷拔后方能使用; 各种 类型的焊条或焊剂都应按规定的温度和时间进行烘干, 温度 不宜过高或过低; 焊接坡口符合要求及其两侧应清理干净; 要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度; 碱性焊条施 焊时应短弧操作, 若发现焊条偏心要及时转动或倾斜焊条; 氩弧焊时, 要使用符合标准要求的氩气; 焊接时应具有严密 的防风防雨措施。采用热引弧法时, 在引弧时调节电流, 激发 电弧, 迅速建立气体保护, 阻止外界气体混入。针对起弧收弧2.3.22007.NO.3. 10能源与环境 IS S N1 6 7 2 - 9 0 6 4 能 源 设 备CN3 5 - 1 2 7 2 /TK处容易出现气孔, 可采取特殊工艺措施: 起弧收弧时采取适当的运条方法, 在沿接头稍远处起弧, 而后拉回接头处,收弧 时, 电弧超过接头处, 而后拉回。这样使接头处的熔池和输 入热增大, 冷却速度减慢, 气体易逸出而减少气孔。的电流、电弧长度和焊条角度; 焊条摆动时在坡口边缘稍慢一些, 而中间稍快一些。( 2) 弧坑产生原因主要是熄弧时间过短或薄板焊接时使 用电流过大; 埋弧焊时主要是没有分两步按下停止按钮。防 止措施是: 手工焊收弧时焊条需在熔池处作短时间的停留或 作几次环行运条, 使足够的填充金属填满熔池; 薄板焊接时 要正确选择焊接电流; 自动焊时要分两步按停止按钮, 即先 停止送丝后再切断电源。( 3) 电弧擦伤多是由于偶然不慎使焊条或焊把与焊件接 触, 或地线与焊件接触不良短暂地引起电弧, 而在焊件表面 留下的伤痕。防止措施: 要加强焊接管理, 在施焊过程中尽量 不使焊件被电弧擦伤; 焊接时, 不得在焊件坡口以外的部位 上任意引弧, 焊件与地线接触一定要良好; 焊把线绝缘损坏 部位要及时修复; 发现有电弧擦伤时, 必须打磨。夹钨产生的原因及预防措施夹钨产生的原因手工钨极氩弧焊过程中, 由于某些原因使钨极强烈的发2.42.4.1热, 端部熔化、蒸发, 使钨过度到焊缝并残留在焊缝内形成夹钨。当焊缝电流过大超过极限电流值或钨极直径太小时, 使 钨极强烈地发热、端部熔化; 氩气保护不良引起钨极烧损; 炽热的钨极触及熔池或焊丝而产生的飞溅等,夹钨。均会引起焊缝2.4.2夹钨的预防措施1 根据工件的厚度选择相应的焊接电流和钨极直径。2使用符合标准要求纯度的氩气。 3 施焊时, 采用高频振荡器 引弧, 在不妨碍操作情况下, 尽量采用短弧, 以增强氩气保护 效果。 4 操作要仔细, 不使钨极触及熔池和焊丝, 并常修磨 钨极端部。结束语由于影响锅炉焊接质量的因素很多, 因此防治的措施很 多且各不相同。今后如果能根据锅炉安装的实际情况, 从理 论上和结构上进行科学的分析, 善于总结经验教训, 进一步 分析产生焊接缺陷的原因, 并采取可行的防治措施, 那么受32.5表面缺陷产生的原因及预防措施电站锅炉受热面的表面缺陷主要有咬边、弧坑和电弧擦热面焊口的一次合格率将大大提高,缺陷将得到有效的控伤。制, 提高了焊接质量水平, 确保了电站锅炉的安装质量。( 1) 咬边的主要原因是由于焊接时焊接电流过大, 电弧过长, 焊条角度不当, 运条不当, 焊接次序不合理等所致。一 般在平焊时较少出现, 而在立、横、仰焊时常见。直流焊时电 弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。防止咬边的措施是: 矫正操作姿势, 选用合理的规范, 手工电弧焊时应选择合适参考文献1 陈桂俭, 等.锅炉安全监察基础 . 水利电力部电力生产司 , 19882 李之光, 等.锅炉材料及强度与焊接.劳动人事出版社 , 19833 杨松.锅炉压力容器焊接技术培训