CFB 鍋爐爐管改造焊接質(zhì)量控制

孫萬田

中石化第五建設(shè)有限公司 廣東廣州 510145

由中石化第五建設(shè)有限公司承建的某石化熱電廠脫硝改造工程中，有4 臺(tái)CFB 高壓蒸汽鍋爐高溫、低溫省煤器爐管需進(jìn)行更換。其材質(zhì)為20G，規(guī)格Φ32×4mm。安裝及施焊空間狹小，操作難度大。橫向節(jié)距為110mm，縱向節(jié)距為60mm，兩管組錯(cuò)列布置，若出現(xiàn)缺陷將給返修造成很大困難。因此，確保焊接質(zhì)量尤為重要。施工過程中，通過焊接工藝評(píng)定與焊接工藝、焊接材料、焊工培訓(xùn)、施焊過程、焊后檢驗(yàn)和焊縫返修6個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的有效控制[1]。

1 焊接工藝評(píng)定與焊接工藝

焊接工藝評(píng)定[2-3]是評(píng)定焊接工藝正確與否的一項(xiàng)試驗(yàn)工作，是保證焊接質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。為了確保爐管的焊接質(zhì)量，提供可靠焊接工藝參數(shù)，爐管在焊接前須進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

1.1 焊接工藝評(píng)定及目的

所謂焊接工藝評(píng)定就是按照擬定的焊接工藝，包括接頭形式、焊接材料、焊接方法、焊接規(guī)范等，根據(jù)NB/ T47014- 2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)試件試樣，確定擬定的焊接接頭是否具有所要求的性能。焊接工藝評(píng)定的目的在于檢驗(yàn)評(píng)定擬定的焊接工藝是否具有正確合理性，是否滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以及評(píng)定施焊單位是否有能力焊接出符合要求的焊接接頭，從而為制定焊接工藝提供可靠依據(jù)。

1.2 編制焊接工藝卡與焊接工藝評(píng)定的關(guān)系

焊接工藝評(píng)定與焊接工藝卡既相似又有區(qū)別。焊接工藝評(píng)定是在產(chǎn)品制造前進(jìn)行的，只有其評(píng)定合格后，才可編制焊接工藝卡。焊接工藝評(píng)定是編制焊接工藝卡的依據(jù)，焊接工藝評(píng)定只考慮影響焊接接頭的力學(xué)性能的工藝因素，而未考慮焊接變形、焊接應(yīng)力等因素。焊接工藝卡的制訂除根據(jù)焊接工藝評(píng)定外，還須結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮勞動(dòng)生產(chǎn)率、技術(shù)素質(zhì)主設(shè)備等因素，使之具有操作性、合理性、完整性。焊接工藝評(píng)定是重要的技術(shù)文件，要編號(hào)存檔，而焊接工藝卡則要與施工圖紙一起發(fā)放給施工班組具體指導(dǎo)現(xiàn)場焊接。

2 焊接材料

圖1 焊材控制流程圖

2.1 焊材復(fù)檢

首先應(yīng)對(duì)焊材的質(zhì)量證明書進(jìn)行審查，對(duì)其內(nèi)容和數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)，正確、齊全、符合要求者為合格可復(fù)檢，否則不予復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)每批焊材編復(fù)驗(yàn)編號(hào)，按照其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、理化試驗(yàn)等。復(fù)驗(yàn)合格后，焊材方可入一級(jí)庫。另外，為了防止焊材在使用過程中混用、錯(cuò)用，同時(shí)為了便于查找導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的原因，焊材的復(fù)驗(yàn)編號(hào)不但要登記在一級(jí)庫、二級(jí)庫臺(tái)帳上，而且要出現(xiàn)在焊條烘烤記錄表、焊材發(fā)放領(lǐng)料單上，焊工編號(hào)也要登記，從而保證焊材使用時(shí)的可追蹤性。

2.2 焊材保管、領(lǐng)用、發(fā)放

焊接材料實(shí)行三級(jí)管理，即一級(jí)庫管理、二級(jí)庫管理和焊工領(lǐng)用管理。一、二級(jí)庫內(nèi)的焊材要按其牌號(hào)、批號(hào)、復(fù)驗(yàn)號(hào)和規(guī)格分類堆放，放在離地面300mm、離墻100mm 以上的貨架上。一級(jí)庫內(nèi)應(yīng)配有空調(diào)設(shè)備和去濕機(jī)，保證室溫在10～25℃之間，相對(duì)濕度低于60%。二級(jí)庫應(yīng)有焊材烘烤設(shè)備，焊工施焊時(shí)也需要妥善保管好焊材，不可隨意亂丟、亂放，電焊條應(yīng)放入保溫筒內(nèi)，隨取隨用。焊材領(lǐng)用發(fā)放要建立嚴(yán)格的限額領(lǐng)料制度，焊接材料領(lǐng)料單應(yīng)由焊工填寫，技術(shù)人員簽字確認(rèn)；二級(jí)庫保管人員憑焊材領(lǐng)料單發(fā)放，并審核其牌號(hào)、規(guī)格是否相符，同時(shí)還要按發(fā)放焊條根數(shù)收回焊條頭，使焊接材料的使用具有可追溯性。

2.3 焊材烘烤

2.3.1 烘烤溫度與時(shí)間

焊材烘烤是焊材控制環(huán)節(jié)中重要的一項(xiàng)內(nèi)容，焊材烘烤時(shí)間、溫度應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，并做好溫度、時(shí)間記錄。烘烤溫度不宜過高或過低。溫度過高會(huì)使焊材的部分成分發(fā)生氧化過早分解，從而失去保護(hù)等作用；溫度過低，則焊材中的水分不能完全蒸發(fā)掉，焊接時(shí)就可能形成氣孔、裂紋等缺陷。此外，還要注意溫度與時(shí)間的配合問題。烘烤溫度和時(shí)間相比，溫度較為重要，如果烘烤溫度過低，即使延長烘烤時(shí)間，其烘烤效果也不佳。一般酸性焊條烘烤溫度為150～250℃，堿性焊條為350～400℃，保溫1～2h。

2.3.2 正確掌握實(shí)際烘烤溫度

一般烘烤箱、烘干箱上的測溫計(jì)所測得的溫度是烘干箱內(nèi)空氣的平均溫度。若烘烤箱內(nèi)堆放的焊條厚度較薄時(shí)，焊條的實(shí)際烘烤溫度與箱內(nèi)空氣溫度差別不大；但若箱內(nèi)焊條堆放厚度較大時(shí)，兩者溫度差就比較顯著。這時(shí)，若測溫計(jì)的溫度僅達(dá)到規(guī)定的最低烘烤溫度值時(shí)，勢(shì)必造成一部分焊條未完全烘干。因此，焊材烘烤時(shí)箱內(nèi)的焊材堆放高度不要過大，宜保持在50mm 以下。同時(shí)，烘烤溫度和測溫計(jì)所指示溫度不應(yīng)剛超過最低值，應(yīng)在給定的溫度范圍內(nèi)選擇一偏大的值，以對(duì)中間部分焊條給予一定的溫度補(bǔ)償。

Ngoc Minh Quan：Because you are the First Deputy Minister and adviser to Quinnshae.

2.3.3 其他注意事項(xiàng)

當(dāng)不同牌號(hào)的焊接材料在同一烘烤箱時(shí)，要分別標(biāo)有明確的標(biāo)志，以免出現(xiàn)混淆。另外，焊條重復(fù)烘烤次數(shù)不得超過2 次。

3 焊工技能培訓(xùn)與考試

焊工考試[4]是保證爐管焊接質(zhì)量的基本條件之一。爐管的焊接工作必須由考試合格的焊工擔(dān)任，因此必須對(duì)焊工進(jìn)行培訓(xùn)和考試。合格的焊工資質(zhì)是保證焊接質(zhì)量的重要措施和途徑。焊工培訓(xùn)與考試的程序控制如圖2 所示。

圖2 焊工培訓(xùn)與考試控制流程圖

建立焊工臺(tái)賬是加強(qiáng)焊工管理的有效方式。對(duì)所有合格焊工都要建立檔案，焊工考試后要把考試時(shí)間、所評(píng)定項(xiàng)目的詳情和成績記入檔案內(nèi)。焊接檢查員要按周、按月提供焊縫質(zhì)量記錄，并統(tǒng)計(jì)入焊工臺(tái)管理賬作為焊工技能評(píng)判的依據(jù)。

4 施焊過程控制

4.1 焊前控制

焊前控制主要是檢查焊接接頭坡口尺寸、裝配間隙、錯(cuò)邊量是否符合要求，坡口及其附近的油銹、氧化皮是否按工藝要求清除干凈；選用的焊材是否按規(guī)定的時(shí)間、溫度烘干，焊絲表面的油銹是否除盡；焊接設(shè)備是否完好，電流、電壓顯示裝置是否靈敏；所選擇的焊工是否具有相應(yīng)的焊接資質(zhì)。只有以上各個(gè)環(huán)節(jié)全部符合工藝要求，才可以對(duì)爐管進(jìn)行施焊。

4.2 過程控制

焊接過程控制[5]主要是嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，監(jiān)督焊工嚴(yán)格按焊接工藝卡所確定的規(guī)范參數(shù)進(jìn)行操作，包括電流、電壓、焊條焊絲直徑、焊接層數(shù)、速度、焊接電流種類、極性和層間溫度等。并嚴(yán)格按所確定的操作要求實(shí)焊，包括焊接角度、焊接順序和擺動(dòng)幅度等。焊工在焊接過程中還要隨時(shí)自檢每道焊縫，發(fā)現(xiàn)缺陷立即清除，重新焊接。

5 焊后檢驗(yàn)

要保證焊接質(zhì)量，就必須對(duì)焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫的缺陷，及時(shí)采取措施加以解決，如進(jìn)行返修、修磨。焊接質(zhì)量檢驗(yàn)包括外觀檢查、無損探傷和水壓試驗(yàn)等。

5.1 外觀檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)的目的就是檢驗(yàn)焊縫的表面質(zhì)量。即檢驗(yàn)焊縫外觀形狀、焊縫余高、焊縫寬度、焊縫與母材圓滑過渡情況，以及表面缺陷，如咬邊、弧坑、氣孔和夾渣等。對(duì)于不符合要求的形狀、尺寸應(yīng)予修磨使之寬度、高度符合工藝要求。對(duì)于不允許存在的表面焊接缺陷，應(yīng)予補(bǔ)焊消除。因?yàn)檫@些缺陷的存在會(huì)使接頭產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭的疲勞強(qiáng)度，甚至可能成為裂紋源。

5.2 無損探傷

無損探傷在焊縫外觀檢查合格后進(jìn)行。檢查焊縫內(nèi)部缺陷，主要包括裂紋、未熔合、氣孔、未焊透等。無損探傷常用的方法有X 射線探傷和超聲波探傷等。通過無損探傷可掌握焊縫內(nèi)部缺陷情況，如缺陷的種類、性質(zhì)、分布狀況等。根據(jù)這些情況，焊接工程師可采取有效措施，清除這些不允許存在或超標(biāo)缺陷，然后進(jìn)行返修補(bǔ)焊，以保證焊接質(zhì)量。否則，留在焊縫中些超標(biāo)缺陷或不允許缺陷在爐管運(yùn)行中將可能成為失效源，造成事故隱患。

6 焊縫返修

無損探傷不達(dá)標(biāo)的缺陷需要進(jìn)行返修。然而，同一部位的返修次數(shù)最多不超過二次。多次返修補(bǔ)焊會(huì)降低焊接接頭綜合性能，因此必須在有限的次數(shù)內(nèi)嚴(yán)格控制焊縫返修質(zhì)量。

6.1 焊縫返修一般工作程序

（1）焊接檢查員根據(jù)無損探傷結(jié)果，發(fā)出《焊縫返修通知單》到作業(yè)班組；

（2）焊接工程師會(huì)同焊接檢查員分析缺陷產(chǎn)生的原因，并制定焊縫返修方案；

（3）根據(jù)返修方案進(jìn)行返修焊接；

（4）對(duì)返修好的焊縫進(jìn)行外觀、無損探傷等檢查；

（5）將返修情況，如返修次數(shù)、返修部位缺陷產(chǎn)生的原因、檢查方法及結(jié)果等記入焊工管理臺(tái)賬。

6.2 分析缺陷產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生焊接缺陷的原因很多，如焊材選用、烘烤、焊接工藝、焊接設(shè)備和焊工操作技能，甚至責(zé)任心等。因此，焊接檢查員和焊接技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)無損探傷結(jié)果、施焊記錄等仔細(xì)分析，在焊縫返修及以后的焊接中避免同類事情發(fā)生。若出現(xiàn)裂紋，應(yīng)該考慮焊接規(guī)范、焊材選用和保管情況，以及擬定的焊接工藝是否合理，是否產(chǎn)生淬硬組織，是否存在較大的焊接應(yīng)力等。若有氣孔，則應(yīng)檢查焊條烘烤溫度、時(shí)間是否符合要求，還要檢查坡口、焊絲的油銹是否清除干凈，操作角度、工藝參數(shù)是否正確。若未焊透，要從工件方面考慮，看坡口角度、間隙是否太小，鈍邊是否太厚等。從工藝方面考慮，則應(yīng)分析是否電流電壓過小、焊速太快。因此，只有確定了缺陷種類和產(chǎn)生原因，才可制訂正確的返修方案。

6.3 制訂返修方案

制訂返修方案是進(jìn)行焊縫返修工作的一個(gè)重要過程。返修方案內(nèi)容包括缺陷清除、坡口制備、焊接方法及焊材選用和返修工藝參數(shù)。

6.3.1 清除缺陷、制備坡口

清除缺陷制備坡口的常用方法是用碳弧氣刨或手工砂輪進(jìn)行。坡口的形狀、尺寸主要取決于缺陷尺寸、性質(zhì)及分布特點(diǎn)，所挖坡口的角度或深度越小越好，只要將缺陷清除，便于操作即可。一般缺陷靠近哪側(cè)就在哪側(cè)清除，如果材料脆性大，焊接性差，打磨坡口前還應(yīng)在裂紋兩端鉆上裂孔，以防止在挖制和焊接過程中裂紋擴(kuò)展。此外，對(duì)于抗裂性差或淬硬傾向嚴(yán)重的鋼，碳弧氣刨前應(yīng)預(yù)熱。清除缺陷后，還要用砂輪打磨掉碳弧氣刨造成的銅斑、滲碳層淬硬層等，直至露出金屬光澤。坡口制備好以后，應(yīng)用肉眼、放大鏡或PT 探傷、MT 探傷進(jìn)行檢驗(yàn)，確保坡口面無裂紋和新裂紋存在。

6.3.2 焊接方法及焊材選擇

焊縫返修一般采用焊條電弧焊進(jìn)行，這是由其具有操作方便、位置適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)決定的。當(dāng)采用鎢極氬弧焊返修時(shí)，填充焊絲一般選用原焊絲，該方法一般用于補(bǔ)焊、打底或較薄焊件的填充蓋面。

6.3.3 制訂返修工藝措施

焊縫返修應(yīng)控制焊接線能量的輸入，并采用合理的焊接順序等工藝措施來保證質(zhì)量。采用小直徑焊條或焊絲、小電流等小的焊接規(guī)范施焊，降低返修部位塑性儲(chǔ)備的消耗。采用窄焊道、多層多道等方法，減小焊接應(yīng)力與變形。每層接頭要盡量錯(cuò)開，每焊完一道后，須徹底清渣、填滿弧坑，并將電弧引燃后再熄滅，起附加熱處理作用。填充焊道可用帶圓角的小錘錘擊焊縫，以釋放應(yīng)力，但打底焊縫和蓋面焊縫不宜錘擊，以免引起根部裂紋和表面加工硬化。

6.4 檢驗(yàn)

返修完后，應(yīng)用砂輪打磨返修部位，使之圓滑過渡；然后按原焊縫要求進(jìn)行同樣內(nèi)容的檢驗(yàn)，如外觀、無損探傷等。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不得低于原焊縫標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下一道工序。

4 臺(tái)高壓蒸汽鍋爐累計(jì)焊接省煤器爐管6074 道，拍片數(shù)12500 張，其中合格片數(shù)12435 張，一次拍片合格率99.4%。水壓試驗(yàn)全部一次成功，無一處發(fā)生泄漏、變形現(xiàn)象。一次性順利通過168h 滿負(fù)荷連續(xù)試運(yùn)行考核。截至目前，設(shè)備運(yùn)行良好。

7 結(jié)論

（1）在爐管焊接過程中，嚴(yán)格進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，制訂合理的焊接工藝，嚴(yán)格按要求培訓(xùn)出合格的焊工；

（2）對(duì)使用的焊材嚴(yán)格進(jìn)行驗(yàn)收、烘烤、領(lǐng)用、發(fā)放；

（3）焊接過程中嚴(yán)格工藝紀(jì)律，按工藝要求施焊；

（4）焊后嚴(yán)格檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，對(duì)不允許或超標(biāo)的內(nèi)部、外部缺陷進(jìn)行修磨、補(bǔ)焊、返修等。

通過以上措施，使焊接質(zhì)量得到了很好的控制。該高壓鍋爐改造任務(wù)的順利完成，為今后類似項(xiàng)目積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。