4 工业技术 汽包角焊缝缺陷修复中焊接与热处理技术研究 李士峰 （大唐河北新能源（张北）有限责任公司 , 河北 张家口 075000） 摘　要：汽包是电站锅炉最为关键的承压部件，质量大、体积大，几乎不能更换，目前对锅炉汽包角焊缝修复非常慎重。针对某热电公司 DG670/13.7-8 锅炉汽包角焊缝修复过程中关键技术问题，研究了焊接与热处理的关键技术，分析了实际工作过程当中的难点和关键控制点，为 汽包角焊缝缺陷修复工作提供了非常重要的借鉴意义。 关键词：汽包；焊缝缺陷；焊接；热处理 DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.003 1　研究背景及意义 　　电站锅炉寿命关键在于汽包的寿命，汽包是一个体积大、质量大， 几乎不能更换的关键承压部件，目前对在役锅炉汽包角焊缝的修复工 作非常慎重。本文以汽包角焊缝缺陷修复工作作为研究对象，对修复 过程中焊接与热处理的施工关键技术进行重点研究，确定了处理方案 并实践，为大型电站锅炉汽包角焊缝缺陷修复提供了非常重要的借鉴 意义。 2　汽包角焊缝缺陷修复焊接与热处理研究总体介绍 　　8 号锅炉型号为 DG670/13.7-8 型锅炉，汽包直径为 φ1600mm，壁 厚 95mm，材质为 BHW35（13MnNiMo54），筒身长 20000 mm，汽包 全长 21900 mm，重量为 90 吨 [1]。与汽包连接的 125 根大管角焊缝存 在原始焊接缺陷，部分缺陷当量尺寸超过 6.5mm，已无计算寿命，必 须进行处理。遂进行了更换管座、重新焊接，对汽包采用内部加热、 现场整体热处理，并对修复前后外型尺寸、环纵焊缝和汽包筒体硬度 进行了全面监督探伤，对电站汽包进行如此大的现场修复在国内并无 先例，修复工作技术难度大、标准要求高，没有现成经验可供借鉴。 在汽包角焊缝缺陷处理过程中焊接和热处理技术十分关键，产生差错 可能造成无法估量的损失。 3　汽包管接头去除与焊接 3.1　汽包管接头清除、焊接区域打磨 3.1.1　汽包管接头角焊缝设计型式 　　除给水套管与汽包筒壁的角焊缝外，汽水连通管、饱和蒸汽引出 管和事故放水管与汽包筒壁角焊缝均有深度 4mm 的沉孔，沉孔形状 与尺寸如图 1 所示。 　　（4）采用渗透检验方法进行检验，检验区域包括管孔周围打磨 区域、汽包管孔。 3.1.3　施工过程 　　（1）管接头切割前准备工作。对汽包联接管道和集中降水管等 进行固定。 　　（2）按照技术要求进行角焊缝去除、打磨。 3.1.4　管接头角焊缝缺陷清除部位渗透探伤 　　清除完毕，管接头角焊缝缺陷清除部位渗透探伤，未发现表面开 口性缺陷。 3.2　汽包修复焊接技术 3.2.1　角焊缝焊接前进行整体加热（焊接前预热见本文第 4 条款）， 经确定，焊接工艺如下 　　（1） 集 中 下 降 管 固 定 装 置 的 角 焊 缝 采 用 SMAW 焊 接。 选 用 J507、φ3.2mm 焊条，焊接电流 125A-130A，电弧电压 23V-25V。焊前 预热 100℃ -150℃，层间温度不低于预热温度，焊后经后热和焊后热 处理。 　　（2）给水管套管和给水管接头角焊缝采用 SMAW 焊接。选用 J507RH、φ3.2mm 焊条，焊接电流 125A-130A，电弧电压 23V-25V。管 接头焊缝在地面组合完成。采用 GTAW+SMAW 堆焊角焊缝去除区域， 堆焊完后，用磨光机修整焊接区域，使堆焊区外面与汽包外壁齐平， 内壁与管孔内齐平。 　　（3）管接头角焊缝焊接时采用 GTAW 打底，SMAW 填充、盖 面，多层多道焊接。焊材选用 TIG-J50 焊丝和 J507RH 超低氢高韧性 焊条。GTAW 堆焊和打底焊过程中，汽包控制以下参数：壁温 100℃ 150℃，焊接电流 100A-110A，电弧电压 12V-15V。SMAW 填充和盖面 过程中，汽包控制以下参数：壁温 200℃ -300℃并保持层间温度，焊 接电流 120A-160A，电弧电压 22V-28V，具体见表 1 管接头与汽包筒 体角焊缝焊接参数。汽包的热处理降温到 250℃左右时，开始焊接管 接头对接焊缝，焊接方法为 GTAW 打底，SMAW 填充和盖面，焊材 与焊接参数同角焊缝焊接，见表 2 管接头对接焊缝焊接参数。 表 1　管接头与汽包筒体角焊缝焊接参数 图 1　汽水连通管、饱和蒸汽引出管和事故放水管原角焊缝示意图 3.1.2　管接头角焊缝清除、焊接区域打磨 　　管接头角焊缝采用机械方法进行清除 [2]，清除的技术要点是： 　　（1）管接头对接焊缝在联接管和集中降水管固定以及位移指示 装置安装完成后进行； 　　（2）管接头角焊缝切割与打磨重点是清除原焊缝缺陷、清除焊 缝缺陷的扩展缺陷； 　　（3）汽包壁厚方向上清除角焊缝根部距离汽包外表面不少于 5mm； 表 2　管接头对接焊缝焊接参数 5 工业技术 3.2.2　焊接施工要点 　　（1）GTAW 两层打底提高根层焊缝质量。焊接时，专人在对面 检查打底焊根层质量，防止打底焊缝未焊透、成形不良等缺陷。出现 缺陷时，采用磨光机打磨的方法消除。 　　（2）用超低氢高韧性 J507RH 焊条填充和盖面，提高焊缝金属塑 韧性，降低焊缝金属扩散氢含量，减小焊接接头焊接应力，降低接头 裂纹倾向。 　　（3）重点检查点焊固定质量。汽包整体加热到 100℃ -150℃时采 用 GTAW 点焊固定，固定 3 点，在坡口整圈均匀分布，每点点固焊 缝长度为 10mm-20mm。点固焊完后检查错口情况、对口间隙和点固 焊缝有无缺陷，发现有问题的焊点磨掉重新点焊；用角尺、水平尺检 查管接头垂直度，垂直度超标的，磨掉点固焊点重新点焊。 　　（4）焊接过程中每一层均进行检查。 　　（5）层间焊缝清理、缺陷处理均采用机械打磨方式，用磨光机、 钢丝刷、扁铲等彻底清理焊渣及飞溅物，特别是焊缝接头和坡口边缘。 　　（6）对称焊接。焊接施工时，汽包前后两个区间对称进行焊接； 每一排管接头焊接时，从汽包中间向两端对称进行。 3.2.3　焊接质量检查 　　焊前对母材、焊材、坡口清理和对口间隙等进行检查；焊接过程 中对层间温度、层间焊接质量、焊接工艺规范等进行检查；焊后对角 焊缝进行外观、硬度检查，100% 超声波检测，对接焊缝另加 10% 比 例射线检查。检查结果表明，焊缝质量良好，外观未见超标缺陷，焊 缝质量合格率 100%。 4　汽包管接头修复热处理 4.1　集中下降管固定装置热处理 　　集中下降管的固定装置焊前预热、焊后热及焊后热处理工艺采用 氧气 - 乙炔火焰加热，测温仪测量温度。焊前的预热 100℃ -150℃； 后热 350℃ -400℃，并恒温 30min 保温缓冷；焊后进行 600℃ ±10℃回火， 恒温 30min 保温缓冷。热处理工艺如表 3 所示。 表 3　集中下降管固定装置热处理工艺 形布置，布置形式如图 2 所示，周向分区进行控温。 图 2　汽包内部加热片布置 　　（6）汽包内外部布置 40 组控温热电偶、36 组测温热电偶，热电 偶采用氩弧焊点焊在汽包壁上，吊杆测温热电偶放于垫板与吊杆间隙 中与吊杆紧密接触；用 5 台电脑温控仪控温，再加 2 台记录仪记录温度， 保证修复过程中长时间安全稳定地连续加热和保温，并能可靠地控制 各部温度 [2]。 　　（7）加热装置调试。加热片分别连到 5 台温控仪上，热电偶分 别连到 5 台电脑温控仪和 2 台记录仪上，检查加热片无短路、断路， 热电偶无断偶和与汽包相碰现象。 　　（8）焊前预热、层间保温、焊后热处理。GTAW+SMAW 坡口堆 焊、GTAW 打底焊过程中预热温度 100℃ -150℃，SMAW 填充和盖面 过程中汽包温度 200℃ -300℃，后热 250℃ -350℃，6 小时后降温到室 温进行无损探伤。 　　（9）焊后热处理。在探伤后，升温至 300℃时恒温进行焊缝缺陷 处理。400℃时恒温 3 小时均温。600℃恒温 6 小时后保温缓冷。汽包 壁温度高于 300℃时，温控仪控制汽包冷却速度不大于 25℃ /h，低于 300℃时关闭温控仪，汽包在保温条件下自然冷却。 　　（10）温度记录。热处理全程，除 7 台记录仪自动记录外，每小 时人工记录一次各测点温度。 4.3　热处理记录情况与结果检验 　　（1）热处理记录情况完整，7 台记录仪开始加热至温控仪停机全 过程自动记录曲线、每个测温点每小时 1 次人工记录数据全面、准确 无误。 　　（2）根据温度记录，焊后热处理从室温到 300℃升温速度小于 60℃ /h，300℃ -600℃升温速度小于 25℃ /h，600℃ -300℃降温速度 小时 15℃ /h，符合设定的热处理工艺曲线。 　　（3）热处理全程，汽包的内外壁温差小于 40℃，汽包的周向温 差小于 70℃，符合东方锅炉厂原始设计要求。 　　（4）记录汽包吊杆最高温度 380℃，符合标准要求。 　　（5）修复后残余应力测量表明，残余应力在 21.3MPa~95.4MPa 之间，符合规程要求。 5　 结论 4.2　汽包整体热处理 　　经研究确定，汽包加热作业流程采取整体加热工艺进行焊前预热、 焊后后热、焊后热处理。 4.2.1　汽包整体加热作业流程 　　（1）管口封堵。汽包内部用 4mm 厚钢板、保温棉对 6 个集中 下降管、12 个分散下降管的管口进行封堵，以防杂物落入或加热过程 中内部形成空气流通通道。用保温棉、管帽对汽包管口和联接管管口 进行封堵。 　　（2）拆除影响加热装置和汽包膨胀部件：汽包内部加药管和排 污管；分散降水管与锅炉钢架之间保温层；与汽包相连的表管；水位计、 安全门管道膨胀方向上的固定管卡等。 　　（3）保温。焊接过程中，汽包保温层每层厚度 30mm。热处理前， 汽包保温 3 层 90mm 厚，保温材料选用硅酸铝保温棉。 　　（4）加热片和热电偶逐片逐根进行检查。 　　（5）布置加热片、热电偶。汽包内部布置 118 片柜架式加热片， 每个加热片功率 10kW，每 3 片一组（其中有 2 组为 2 片），呈三角 　　本文研究了 670t/h 电站锅炉汽包角焊缝修复过程中的焊接与热处 理关键技术问题，经实践应用，焊接质量、热处理工艺符合检测要求。 得到如下结论： 　　（1）严格按照焊接相关规程制定焊接工艺，并在过程中严格工 艺管控至关重要。 　　（2）在热处理过程，采用汽包整体加热方案可行，并可以使汽 包修复后损害降至最低。 　　（3）合理的焊接热处理工艺是汽包角焊缝修复的关键。 参考文献： [1] 东方锅炉厂 DG670/13.7-8 锅炉说明书 [S]. [2] 火力发电厂锅炉汽包焊接修复技术导则 (DL/T734—2000)[S]. 作者简介：李士峰（1980-）, 男 , 河北曲周人 , 本科 , 工程师 , 总经 理助理 , 从事电力系统技术管理工作。