1、CFB鍋爐降水管厚壁異口徑高壓管道的焊接冷禎皋(華電內(nèi)江發(fā)電總廠，四川內(nèi)江641006)摘要：引進(jìn)芬蘭的循環(huán)流化床鍋爐，其汽包返包中國。降水管采用了德國碳素鋼St45.8，與降水管相連的汽包管座采用了國產(chǎn)珠光體耐熱鋼15CrMo。該焊接接頭為高壓、厚壁、異口徑的焊接。介紹了焊口的結(jié)構(gòu)形式及工作條件，分析了異種材料的焊接性能，并對其焊接及熱處理工藝措施作出全面闡述。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；汽包管座與降水管；高壓；異徑異材；焊接工藝 中國重點(diǎn)能源環(huán)保科研項(xiàng)目，引進(jìn)芬蘭的410 t/h大型循環(huán)流化床鍋爐，其ø457.2×30下降管在芬蘭工廠制造，采用了德國碳素鋼St45.8，而鍋

2、爐汽包又由芬蘭制造商返包中國某鍋爐廠，汽包上與集中下降管相連的ø508×63管座采用中國耐熱鋼15CrMo。如圖1所示，與汽包相連的垂直向下4根下降管，每根分成三段，由芬蘭供貨商在其生產(chǎn)車間分段生產(chǎn)，現(xiàn)場對接。該下降管現(xiàn)埸安裝厚壁大口徑焊口共16個(gè)，其中與汽包管座相連的4 個(gè)焊口為異種材料、異種管徑的焊接。  1下降管結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)CFB（循環(huán)流化床）鍋爐汽水系統(tǒng)為自然循環(huán)型式，給水經(jīng)省煤器進(jìn)入汽包。如圖1所示，汽包內(nèi)的水通過汽包508×63管座流經(jīng)4根457.2×30的下降管，進(jìn)入鍋爐底部的4只下降管入口聯(lián)箱。水分配進(jìn)入水冷壁底部的進(jìn)口聯(lián)箱。

3、其中a、b、c、d為異種材料、異種管徑、厚壁大口徑高壓焊口的焊接。管道垂直固定，焊口處于橫焊位置，其工作參數(shù)及檢驗(yàn)要求見表1。2對焊口材料焊接性能的分析2.1St45.8焊接性能分析化學(xué)成份及機(jī)械性能如表2、表3所示，St45.8是按德國DIN17175標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的碳素鋼管，其化學(xué)成分和力學(xué)性能與中國鋼材20G相近。由于含碳量及其合金元素較少，強(qiáng)度不高、塑性好，具有優(yōu)良的焊接性能，廣泛用于電站鍋爐的汽水系統(tǒng)。一般不需要特殊的工藝措施即可得到優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，這種材料幾乎適用于各種焊接方法。當(dāng)母材、焊接材料成分不合格，如C、S、P含量偏高時(shí)，焊口也有可能產(chǎn)生熱裂紋。工藝上應(yīng)采用合理的焊縫成形系數(shù)，選

4、用堿性低氫型焊條，均可防止熱裂紋的產(chǎn)生。一般情況下焊接不需要預(yù)熱，但本焊口在現(xiàn)場組裝時(shí)剛性大，要考慮預(yù)熱和熱處理措施，一般St45.8本身要求預(yù)熱溫度為100200 ，回火溫度為600650 。必須結(jié)合15CrMo焊接特點(diǎn)綜合考慮預(yù)熱及熱處理溫度。手工電弧焊時(shí)，中國生產(chǎn)的J427、J507與St45.8相匹配，J427用于一般結(jié)構(gòu)，J507焊條用于重要結(jié)構(gòu)。中國電力行業(yè)，常采用上海電力修造廠生產(chǎn)的Tig-J50氬弧焊焊絲作為填充材料對承壓焊口進(jìn)行鎢極氬弧焊打底焊（Tig鎢極氬弧焊）。2.215CrMo焊接性能分析化學(xué)成份及機(jī)械性能如表2、表3所示，15CrMo是按中國GB 5310標(biāo)準(zhǔn)自已生產(chǎn)

5、的珠光體耐熱鋼。其含碳量及合金元素較多，焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，當(dāng)焊件剛性及接頭應(yīng)力較大時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。焊后熱處理過程中，也可能發(fā)生再熱裂紋。按照中國電力行業(yè)DL 500792標(biāo)準(zhǔn)（電力建設(shè)施工及驗(yàn)收規(guī)范 焊接篇），壁厚10的15CrMo管材，在焊前的定位焊和正式施焊一樣，均需150250 的預(yù)熱。施焊過程中焊件不得低于預(yù)熱溫度。應(yīng)盡可能一次焊完，以免因間斷焊接過程而產(chǎn)生接頭開裂現(xiàn)象。焊后如不能及時(shí)熱處理，則焊后要進(jìn)行后熱處理。為消除焊接應(yīng)力，改善接頭機(jī)械性能，提高高溫性能和防止變形，焊后應(yīng)及時(shí)高溫回火，就15CrMo本身而言，它的回火溫度應(yīng)是670700 。中國電站建設(shè)施焊15C

6、rMo承壓管道時(shí)，常采用上海電力修造廠生產(chǎn)的Tig-R30氬弧焊焊絲作填充材料進(jìn)行鎢極氬弧焊打底，用R207或R307手工電弧焊蓋面。3焊接材料的最終選用對于這樣的承壓焊口，在電站安裝過程，為確保焊接質(zhì)量，一般采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面的焊接方法。異種鋼焊接時(shí)，焊接材料選用原則是：在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋等缺陷的前提下，如果不可能兼顧焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，則選用塑性較好為焊接材料；異種鋼焊接材料的焊縫金屬性能只需符合兩種母材的一種即認(rèn)為滿足技術(shù)要求；焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能，焊縫成型美觀，焊接材料經(jīng)濟(jì)易得。相關(guān)焊接材料化學(xué)成份及機(jī)械性能如表2、表3所示。從成本和質(zhì)量考慮，鎢極氬弧焊打底

7、焊絲采用由芬蘭提供的瑞典伊薩公司生產(chǎn)的OK13.09實(shí)芯焊絲，手工電弧焊蓋面采用國產(chǎn)J507焊條。OK13.09實(shí)芯焊絲是0.5%Mo系氣保焊焊絲，用于焊接低合金高強(qiáng)度鋼和耐熱鋼，它主要與德國15Mo3和國產(chǎn)16Mo匹配，焊縫合金成份間于St45.8和15CrMo合金成份之間。J507焊條是按照St45.8的高匹配原則選用。4接頭坡口設(shè)計(jì)焊接接頭型式和坡口尺寸，取決于焊件的結(jié)構(gòu)形狀和厚度，接頭的力學(xué)和冶金性能要求以及施工條件等。對接接頭是焊接結(jié)構(gòu)常見的接頭型式，U型坡口可減少焊縫填充金屬量，焊后變形也很小，但坡口加工相對困難，一般用于重要焊接結(jié)構(gòu)。管座及接頭外形尺寸如圖2(a)所示，管座為&#

8、248;508×63,與之對接的下降管為ø457.2×30。此焊口離汽包405 mm，離地面41 400 mm。如圖2(b)所示，管壁厚度相差33 mm，外壁相差24.5 mm，內(nèi)壁厚相差7.6 mm。按照中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力建設(shè)施工及驗(yàn)收規(guī)范火力發(fā)電廠焊接篇（DL500792）的規(guī)定，可將坡口設(shè)計(jì)為圖2(c)。在工程實(shí)際施工中，采用了圖2d所示的芬蘭技術(shù)文件提供的坡口設(shè)計(jì)。兩種坡口型式對比，圖2d更容易加工，而且管座外圓加工了一個(gè)50 mm長的直段，對于操作者更容易保證質(zhì)量。5工藝措施1）按規(guī)程對汽包降水管管座進(jìn)行光譜檢查，防止錯(cuò)用合金材料。2）清除坡口油、銹、

9、水份等雜質(zhì)。3）焊前預(yù)熱。4）施焊過程的層間溫度高于等于400 時(shí)，應(yīng)停止施焊，待冷卻至預(yù)熱溫度再繼續(xù)施焊。5）為保證承壓焊口內(nèi)壁清潔和根部質(zhì)量，焊接方法采用Tig+SMAW(SMAW-手工電弧焊)。6）不得在焊件表面引弧、試電流或隨意焊接臨時(shí)支撐。7）點(diǎn)固焊的焊接材料、焊接工藝、焊工和預(yù)熱溫度應(yīng)與正式施焊完全相同。對口根部點(diǎn)固焊時(shí)，點(diǎn)焊后檢查各焊點(diǎn)質(zhì)量，如有缺陷及時(shí)清除并重新點(diǎn)焊；如圖3所示，在圓周方向均布三塊臨時(shí)點(diǎn)固塊。當(dāng)去除臨時(shí)點(diǎn)固物時(shí)，不應(yīng)傷及母材，并將殘留焊疤清除干凈、打磨平整。8）焊口施焊6層10道，各焊道施焊順序見圖4所示。焊接工藝參數(shù)見表4，各焊道具體焊接方法、焊接材料及焊接電

10、流見表5。鎢極氬弧焊后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行次層焊道的焊接，以防裂紋產(chǎn)生。施焊過程中，應(yīng)逐層檢查，自檢合格后方可施焊次層，直至完成。9）為減少焊接變形和焊接缺陷，焊口采用二人對稱施焊法。如圖5所示，打底焊時(shí)，焊工A施焊A1段時(shí)，焊工B在對面觀察根部熔透情況，焊工B施焊B2段時(shí)，焊工A同樣透過接口間隙觀察對方施焊根部熔透情況，如此類推，焊工A施焊A3后，焊工B再施焊B4。手工電弧焊蓋面時(shí)，焊工A施焊A1時(shí)，焊工B同時(shí)施焊B1，焊工A施焊A2時(shí)，焊工B同時(shí)施焊B2。10）施焊中，注意接頭和收弧質(zhì)量，收弧時(shí)將熔池填滿，焊道接頭要錯(cuò)開。11）要求焊口連續(xù)焊成。12）焊口焊完后進(jìn)行清理，自檢合格后在焊縫附近打上焊

11、工本人的代號鋼印作為永久性標(biāo)記。13）為降低焊接接頭的殘余應(yīng)力，改善焊縫金屬的組織與性能，焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理。如圖6所示，預(yù)熱溫度200 ，不后熱，升溫速度200 /h，熱處理溫度660±10 ，恒溫時(shí)間1.5 h，降溫速度200 /h，層間溫度400 ，加熱方式，遠(yuǎn)紅外，降溫過程300 以下可不控制。14）熱處理時(shí)，測溫點(diǎn)對稱布置在焊縫中心兩側(cè)。熱處理恒溫時(shí)，加熱范圍內(nèi)任意兩測點(diǎn)的溫差應(yīng)低于50 。15）熱處理測溫必須準(zhǔn)確可靠，采用自動溫度記錄。6質(zhì)量檢驗(yàn)上述4個(gè)焊口在熱處理后，按照當(dāng)時(shí)的鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了100的超聲波探傷檢查。其中焊口a、c、d未發(fā)現(xiàn)缺陷，焊口b發(fā)現(xiàn)了超標(biāo)的氣孔或夾渣缺陷。經(jīng)分析缺陷是由于層間清渣不徹底造成，于是對缺陷進(jìn)行了挖除，按原工藝方法補(bǔ)焊并重新熱處理。再進(jìn)行100的超聲波探傷檢查合格。焊縫經(jīng)100的硬度檢查，4個(gè)焊口焊縫最高硬度為HB224。中國電力行業(yè)DL 500792標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，15CrMo合金總含量3，焊縫硬度應(yīng)HB270，而芬蘭方面提供技術(shù)文件中規(guī)