汽包角焊缝缺陷修复中焊接与热处理技术研究

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。

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；

（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，汽包控制以下參数：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。

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。

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），呈三角形布置，布置形式如图2所示，周向分区进行控温。

（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）加熱装置调试。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

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。