钛钢复合板烟囱内筒焊接质量管控

孔维刚

（神华河北国华定州发电有限责任公司，河北定州 073000）

0 引言

国华定州发电公司一期钢筋混凝土烟囱建于2004年，其结构形式为单筒式钢筋混凝土结构。烟囱主体结构高240 m，出口内直径9 m，筒身壁厚为（600～200）mm，共分21节；筒壁混凝土材料强度按照高度分为2种：（0～60）m混凝土设计强度为C40，（60～210）m为C30。烟囱内衬采用轻质耐火砖和耐酸胶泥砌筑，隔热层采用水泥聚苯板制品。烟囱最初设计未按照脱硫烟囱进行设计，采用湿法脱硫，配有GGH（Gas Gas Heater，烟气换热器），烟气温度高，脱硫改造至今，未出现酸液渗漏现象。由于脱硫改造拆除了GGH，因此进入烟囱的烟气温度由原设计的80℃降低至50℃，由于烟气温度的降低，导致烟气湿度增大，在排烟过程中，因扩容和散热作用在烟囱内壁上会生成大量的凝结酸水，烟囱会始终处于酸水的环境中。烟囱在这种具有腐蚀性的烟气、酸水环境下长期运行，大大加剧了内衬及承重筒腐蚀的程度。因此，选择对烟囱进行钛钢复合板内筒改造。

将烟囱内衬拆除后，烟囱外筒出口内径为9.66 m。考虑检修空间及设置支撑结构，排烟筒只能采用钢内筒。钢内筒采用自立式。经计算，全高设6道支撑点，最高处在180 m。在满足支撑构造要求和烟气流速的前提下，排烟筒直径9 m。满足原有设计出口直径要求。为避免烟气腐蚀混凝土筒首，排烟筒应高出混凝土外筒，建议高度为243 m。钛钢复合板是普通钢板内贴（1～2）mm的钛板，形成整体的复合钢板。钛是一种具有重量轻、强度高、抗腐蚀能力较强的金属。钛在常温下会与氧气化合生成一层致密的氧化膜，这层氧化膜呈现惰性，防止了与硝酸、硫酸或盐酸反应，保护了钛基体不被酸性介质腐蚀。正是由于钛的表面钝化膜的强抗腐蚀性，满足了烟囱在腐蚀介质中的工作环境，因此被新建或改造烟囱广泛采用。

钛钢复合板是以低碳钢Q235B为主要基材，用（1～2）mm厚度的钛板为内壁复层的金属复合板，两层金属是采用爆炸-轧制法合成，Q235B基材作为烟筒受力支撑结构，钛板作为内衬防腐蚀层。钛钢复合板是一种成熟的组合材料，国家有专门的制造标准。目前，钛钢复合板是烟囱内筒的主要用材。

1 成品保护注意事项

（1）钛钢复合板进场后，要严格进行半成品的保护，用钢板卡装卸车以及卷板时在贴近钛面的一侧垫设2 mm厚紫铜板加以保护，钛钢复合板堆放时必须用木方将其垫高，并用彩条布加以覆盖。

（2）在卷制钛钢板时，考虑到钛合金结构较软，视现场具体情况在卷板机上辊包裹一层土工布防止破坏钛面层，并且在卷板时必须将钛钢复合板钛层上的泥土、沙粒清扫干净。

（3）钛钢复合板吊运夹具卡口处应垫不锈钢薄板。

（4）卷板机滚轴与钛金属表面应采取隔离措施。

（5）铆工对口应采用铜锤。

（6）筒体内临时支撑应用不锈钢薄板衬垫避免与钛板直接接触。

（7）接板、单层筒的封闭、单层筒的组合、加强环、吊点等焊接均宜采用气体保护焊并应采取防风措施。

2 焊接前准备

2.1 焊接方法

由于Q235B钢基板选用熔化极二氧化碳保护焊焊接方法，钛板之间的焊接采用非熔化极钨极气体保护焊。

2.2 焊接前要求

焊前应清除Q235钢板焊接区（10～15）mm的油、锈、漆、氧化皮等污物，保证焊道干净；钛板用丙酮擦去焊口两侧50 mm内的油污，直至露出干净的金属为止，填充焊丝也需要使用丙酬擦洗干净，清理时不宜带橡皮手套。提取焊件时，一定要带干净的稠质手套，严禁用棉纱手套，避免棉纱残留在被焊区。钛焊件在焊前或焊后严禁用铁器直接敲打或接触焊件造成铁污染，避免在焊缝中残留铁质，以使焊缝渗铁氧化腐蚀变脆。

焊件清理完成以后应尽快进行焊接或包装好，以免其受到二次污染。钢内筒对口时应注意错边量，焊缝错边＜0.1 t且≤2 mm，椭圆度≤20 mm。相邻两节的纵向焊缝错开距离≥300 mm，开孔纵向及横向焊缝错边距离≥100 mm。严禁强力对口，更不允许用热膨胀法对口或对焊接接头进行加热校正。

3 焊接过程质量管控要点

焊接环境应保证清洁，无灰尘和烟雾，做好防止受雨、雪、大风影响的措施；相对湿度≤80%，环境温度≥5℃，风力＜2 m/s。当焊接基板环缝时，可把环缝分成6小段，6个焊工对称分布同时焊接，应保持相同的焊接速率，避免因焊接不同步造成焊接变形。焊机应就近布置，焊机与焊工距离不应超过20 m，避免因导线过长而引起电压不稳。

采用小线能量快速焊接方法，要正确控制焊接角度，控制基板（厚板）与钛板（薄板）之间的熔池熔化度。焊接时应在基板上起弧，焊接角度基本垂直于基板焊件，使熔池及热影区得到良好的氩气保护，薄钛板一旦熔化就应立即填加焊丝来冷却熔池，以达到减少焊接线能量的输入效果。

控制熔池大小，控制焊道宽度。焊接前钨极应磨尖，控制焊接电弧长度尽量短，以使其电弧集中，控制焊接熔池在最小状态，做到快速熔化，快速熔合，在保证熔合状况良好的前提下，把熔池温度控制在最低点。适当加大保护氩气的流量，使焊缝金属得到充分保护。增加衰减时间，减少热输入量。钛板焊接时，应尽量避免返修，重熔会影响焊接接头质量。应该严格控制焊接热输入，尽量减少焊缝及近缝区高温的停留时间，减少焊缝返修次数，允许对焊缝局部返修两次。

在焊接时应特别注意焊枪喷嘴孔与坡口接缝的对中，避免造成焊缝根部局部未熔合缺陷的出现。如存在未熔合缺陷时，必须挖除重焊。

4 焊后验收

4.1 外观

焊缝成型应圆滑向母材过渡，焊缝表面不允许有裂纹、未焊透、未融合等严重缺陷。气孔、夹渣性缺陷应满足标准要求。焊缝余高控制在（0～3）mm，不允许低于母材表面；焊缝凹面值≤0.5 mm，咬边深度≤0.5 mm且连续长度≤100 mm。

钛板层焊缝不允许有裂纹、表面气孔、焊瘤、烧穿、弧坑、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷；表面不允许存在深度≥0.5 mm的机械划伤或电弧擦伤。焊缝外观合格的颜色应呈现银白色或致密状的金黄色。银白色表示保护效果最好，允许出现不超过单条焊缝总长度20%的浅蓝色或浅紫色，焊缝出现深蓝色或灰色粉末状是不允许的，必须进行返修处理。

4.2 无损检测

钛钢复合板基层钢板焊缝应进行≥20%的超声波检测，纵缝合格等级为Ⅱ级合格，横缝合格等级为Ⅰ级合格。钛板焊缝应进行100%的渗透检测，合格等级为Ⅰ级合格。

5 结论

现已经过500多天的机组运行考验，钛钢复合板内筒烟囱运行良好，焊缝无缺陷发生，未出现过渗漏现象。

［1］GB/T 13149—2009，钛及钛合金复合钢板焊接技术要求［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［2］DL/T 869—2012，火力发电厂焊接技术规程［S］.北京：中国电力出版社，2012.