摩洛哥努奥塔式光热太阳能电站三期熔盐罐底板角焊缝施工工艺研究

谭新广 山东电力建设第三工程公司

1 项目介绍

摩洛哥努奥三期150MW项目，为塔式太阳能热电机组。利用7400面定日镜反射和聚焦太阳辐射至吸热塔的吸热器。冷熔盐罐循环泵把300℃的冷熔盐从冷熔盐罐输送到位于塔顶的吸热器，加热到565℃后，回到热熔盐罐中，再由热熔盐泵抽出经过蒸汽发生器系统而产生高温高压蒸汽来驱动汽轮机发电系统发电。在日照不足和日落后，热熔盐罐的循环泵持续运行，供给蒸汽发生系统进行换热。

共设计2个熔盐罐，一个热罐、一个冷罐。热罐直径为41.3米，设计为六层，上两层壁板高度为2m，下四层每层壁板高度为2.5m，每张板长度均为12米，每层分为11块板。

熔盐罐（热罐）

2 施工工程量

熔盐罐，热罐底板角焊缝的焊缝总长度为132米，双面V型坡口采用双面焊接。

3 图纸设计

角焊缝壁板厚度为46.6mm设计为对称的双面45度V型坡口，留有3mm的钝边。坡口与底板的对接间隙为3mm。底板厚度为35mm。要求全部焊透，焊脚宽度为13mm。

4 工艺研究

熔盐罐焊接主要采用二保焊FCAW，双面清根焊。热罐采用WPS:QUA3-PR-WPS10。材质为347H具有良好的塑性和耐高温低温的性能，它在焊接热循环的作用下主要显现出一下性能。

焊接过程中尽量采用小的线能量输入，减小热影响区的范围，加快焊缝和热映想去的冷却速度，对不锈钢的焊接时有益的。焊接时导热系数小存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态下C和Gr形成化合物，在高温区形成了贫铬层，也导致了焊缝枝晶倾向加剧。因此必须选择线能量较小的焊接方法。

由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接容易长生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减小焊接变形。

这种钢具有较高的变形能力并且不可淬硬，而且它的碳含量也很低，所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于导热系数低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生加大的应力。在焊接的时候应当注意这方面的问题，焊接时一定尽量减少和避免这种受热不均匀的现象发生。焊接速度也应当适当的加快。

5 焊材

5.1 焊丝采用BOHLER 347H的药芯焊丝

焊材堆放必须离地面300mm，与墙壁距离300mm，焊丝以盘装供应每次一盘，每台焊机焊接结束时要把焊丝盘交回焊材库。根据ASME规范第II卷C篇‘焊条，焊丝和填充材料’和第VIII卷第一册，第IX卷的相关规定。

6 施工难点重点

（1）由于罐体壁板采用拖拉收紧对口，滚动导致壁板钝边比原设计形式加厚至少一倍，造成打底焊透困难，增加打磨清根难度。

（2）施工方案如果先外侧后内侧焊接，在罐内清根。根据设计内部坡口小于外侧，且清根时磨工需跪趴底板上，打磨工作强度大、视线较差；且打磨灰尘较多，密闭空间不易扩散，劳动条件差。此外罐内采用电灯照明，光线差，不利于检查清根质量。所以采用先内侧焊接后外侧清根焊接。

（3）壁板与底板连接形式为带坡口的T型角焊缝，焊接填充量大，焊接应力较大，焊接过程中角变形不可避免。焊接变形的控制极为关键。

7 施工方案

7.1 人力和机械准备

人力；熔盐罐需要10-12二保焊工。

机械；二保焊机10-12台。

电源需求；至少1000KW（热处理设备及电焊机）。

气体；Ar+CO2混合气若干。

7.2 对口

壁板受拼接摩擦影响，其坡口钝边最厚处达到8mm，因此，第一层壁板落下前，需对壁板坡口钝边进行打磨，避免落下后再打磨，可极大减小打磨工作量、增加打磨效率和打磨效果。钝边符合图纸设计要求尺寸3mm，然后进行对口安装，对口间隙3mm。

7.3 坡口清理及打底

冷落罐前需提前打磨钝边，减小钝边厚度。焊接前清理好坡口内部的铁锈和油污，对焊缝两侧30mm内的铁锈油漆进行打磨清除，对口间隙不小于3mm。

采用半自动二保焊的焊接方法，从罐内侧进行打底，采用分段退烧的焊接方法能及有力的控制焊接角变形，焊工对称分布同时朝同一焊接方向进行施焊。

7.4 清根及PT检验

罐外部进行清根，必须保证缺根部陷清理彻底，和根部的坡口间隙夹角不能太小，要大于3mm确保背部焊接的熔合度。对于打磨缺陷造成的凹坑用半自动二保焊的焊接方法进行补焊，保证根部平整度不影响填充的焊接。对焊缝两侧30mm内的铁锈油漆进行打磨清除。

外部清根优势：照明充足，便于检查清根质量；外侧坡口角度大易于清根；无扬尘、工作条件好。

对清根后的焊缝进行PT检验，对发现的缺陷进行再次打磨，直到消除缺陷为止。打磨时注意坡口宽度平直度以保证焊接完成后焊缝外观的平直和焊缝的均匀度，着重注意T型焊缝附近的打磨和PT缺陷的消除。对于深度缺陷打磨后造成的凹坑用半自动二保焊的焊接方法进行补焊，保证根部平整度不影响填充的焊接。

7.5 防变形措施

壁板和底板间需要用槽钢或者钢板进行固定（如图），以减小底板变形量。加固前要测量底板与壁板的垂直度，保证壁板在焊接前垂直于底板，，采用小的焊接参数较快的焊接速度，分段退烧多层多道的焊接方法控制焊接变形。

7.6 填充和盖面

采用小电流、低热输入量的二保焊代替埋弧焊接。施焊时采用多层多道的方法，尽量保证每道焊缝小厚度小电流快的焊接速度。焊接采用逆时针的间断焊，焊工以罐的对称方向进行对称焊接。具体方案如下：

（1）将罐角焊缝等分成11段，每段长度21.6m。每段以1m的长度进行划分，逆时针方向分别标记成1号至22号。（见图）

（2）11个焊工分别同时从1号位置开始对称焊接，然后依次焊接3，5，7，…21位置，然后再焊接2，4，6，…22。

（3）为防止变形，一层焊完再焊下一层，11个焊工的焊接速度保持一致。控制好层间温度，层间温度不超过230℃。焊缝接头处要错开，并且要打磨好接头处的焊缝余高，保证焊缝平整度。

（4）在填充完毕之后，利用机械打磨的方式把焊缝打磨平整，11个焊工统一盖面保证焊脚尺寸和厚度的要求。

7.7 挡风

焊接工作以前做好挡风措施，内部焊接时由于外侧气流会从坡口间隙进入影响焊接质量需要用保温棉或者其他防火材料在外侧坡口覆盖，阻挡外侧气流进入坡口。外部焊接时必须用防火篷布做好挡风措施，以保证焊接工作的顺利进行和焊接质量的保证。

8 经验反馈

熔盐罐的结构都是用板材制成的，这种结构的特点是：主体结构接头形式大多为直线形长焊缝，焊接施工工程量大，特别适合自动化焊接。手工二保焊具有工效高、质量好等一系列优点，因此在制造行业得到广泛使用。

储罐现场焊接方面，和传统的手工电弧焊相比，手工二保焊是一个巨大的进步，我公司进行储罐施工任务，储罐的焊缝又全部为安装焊缝——横焊，立焊和角焊缝，加强对此项技术的研究开发，对社会和公司的发展有着重要的意义。