浅谈1000MW机组锅炉水冷壁组件焊接变形控制

锅炉水冷壁组件焊接变形控制[摘要]平顶山鲁阳电厂一期2×1000MW机组工程为河南省的首台单机容量百万千瓦机组工程，#2机组由河南第一火电建设公司承建，于2008年12月钢架吊装安装开工，承建公司给予了高度的重视，成为是塑公司形象的跨越工程，而要想干成精品工程，就必须全面消除质量缺陷，优良的外观工艺是确保内在质量的前提，施工中要全面消除质量通病。由于本工程锅炉炉膛截面尺寸较大（炉膛宽33m），划分的水冷壁组件几何尺寸较大，增加了该部分（水冷壁和包墙）组件焊接时防变形的难度，因此，控制组件焊接变形，就成了我们工作的重点。本文在总结类似600MW机组锅炉工程基础上，对产生组件焊接变形的原因进行了客观的分析，制定出防止水冷壁组件焊接变形的有效措施，并在本工程有效的实施，达到了防止组件焊接变形的效果。[关键词]锅炉水冷壁组件；变形；控制1概述：平顶山鲁阳电厂位于平顶山市所辖的鲁山县辛集乡北部,由中国电力投资集团公司投资筹建，规划容量为4×1000MW超超临界燃煤机组，本期工程建设2×1000MW超超临界燃煤机组，并留有再扩建场地。其中#2机组主体工程由河南第一火电建设公司安装施工，于2009年12月安装开工，计划于2010年6月份试运移交。本工程三大主机分别是：锅炉：东方锅炉(集团)股份有限公司设计制造型号：DG3000/26.15-Ⅱ1型型式：超超临界参数、变压直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天岛式布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、对冲燃烧方式，Π型锅炉。汽轮机：哈尔滨汽轮机厂有限责任公司设计制造型号：CCLN1000-25/600/600型型式：超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机发电机：哈尔滨电机厂有限责任公司型号：QFSN-1000-2型锅炉炉膛宽33m,从前水冷壁到后包墙深35.675m，包墙过热器管子规格φ38.1×6.5，鳍片规格6.4×12.7、6.4×31.7、6.4×13、6.4×76.2、6.4×8；水冷壁管子规格φ38.1×7.5，鳍片规格6.4×12.7；组件宽度平均为12m;上下管屏对口后，在对口部位加密封条施焊。为了减少高空作业，我们根据吊车力能，在地面将水冷壁和包墙管屏组合成组件，划分为29个组件，每个组件都需要在地面组合、焊口、鳍片密封焊接完成，质量验收合格后吊装，而组件焊接密封时容易产生热应力导致组件变形严重，吊装前就要进行必要的校正，花费一定的时间和费用，因此，控制组件焊接变形，就成了我们工作的重点。2现状：验标要求：组件平整度不大于5mm现状：以往工程由于抢工期，忽视对水冷壁组件焊接变形的控制，导致组件焊后变形严重，远远超出5mm，，需要对组件校正后才能吊装。3原因：对组件的组合流程进行全过程的监测,结合和焊接班工人师傅的讨论,组件的变形主要发生在焊接密封条时间里，分析总结出引起变形的原因有；1）焊接人员责任心不强，未按焊接工艺卡要求施焊，焊接电流过大，容易引起焊接变形。2）焊接人员焊接水平不高，造成焊缝成型不良，也容易引起焊接变形。3）对口时存在折口、错口现象，管排变形自然导致组件变形。4）受热面组件管排鳍片的钢板均在δ=6-8mm，钢板厚度薄，组件宽度在10-50m之间，鳍片加的不够均匀，存在弯折，焊接时容易引起变形。5）组件上同时大面积密封施焊，引起焊接热变形。6）焊接过程中未采取防变形措施，引起组件焊接变形严重。7）组合过程中施工顺序不规范，焊接顺序不合理也容易引起焊接变形。4措施针对以上原因，逐条制定出有针对性的解决措施，防止组件变形超标，即最大变形量控制在5mm以内。1）强化质量意识教育，提高“一次做好”认识。重新进行一次技术交底，熟练掌握焊接工艺卡的技术要求，焊条摆动要均匀、速度适中，使熔池的冷却速度减慢，焊接过程中监视焊接焊接电流在110A左右，否则停止焊接或更换焊接位置，避免焊接热应力集中引起组件变形。（意识教育）2）验证焊工资格，全部持证施焊。查对所有施焊人员的焊工证，要求施焊项目与证件相对应，且在有效期内，同时进行现场模拟练习考试，合格后方可在组合件上施焊，否则重新培训考试或更换焊工。3）提高对口质量、消除焊口的影响。在管屏对口时，先点固焊，根据管子焊接时的焊接应力向下特点，可让管子对口处稍微向上偏折，然后复查对口错口和折口，保证管子焊接后平整均匀。4）进行适度修割、加装鳍片均匀。管子对口焊接完毕，进行加密封鳍片工作，光管间隙均匀，便于鳍片加装均匀，焊口受焊缝的影响，间隙存在凸凹现象，则需要对鳍片进行适度的切割修整，确保鳍片与管子外壁间隙均匀（焊缝宽度一致）。5）合理调整焊接速度、防止局部高温变形。焊接时，禁止一次大面积把密封焊完，要留下焊缝冷却的时间，可以采用焊工分班施焊制度，待焊缝冷却后再接着施焊，降低组件（焊逢）温度，防止变形。6）采取有效措施、限制焊接变形。受热面组件焊口完毕，在上下密封焊接前对组件焊接区域进行加固措施，防止焊接时组件上下变形；①先在联箱头部布置型钢支撑，保证集箱管座和管屏对口时保持平整。（联箱头部支撑）②在焊口附近增加了一道加固梁，这样能够有效地防止管排在焊接过程中大面积受热上拱变形。（焊口附近加固梁）③在组件下部焊口附近增加一道加固措施，这样能够有效地防止管排在焊接过程中大面积受热下塌变形。（组件下部加固）7）采用合理顺序、消除焊接应力变形。经过反复讨论和模拟实践验证，遵循合理的焊接顺序如下：焊接顺序示意图第一步：首先焊接所有编号为1的焊缝；数字1表示第一次焊接焊缝；第二步：接着焊接余下编号为2的焊缝，数字2表示第二次焊接焊缝；第三步：接着焊接余下编号为3的焊缝，数字3表示第三次焊接焊缝；第四步：焊接完成背面焊缝的焊接；第五步：上述四步焊完后，留下的正好是所有8的倍数的焊缝（编号为8和16）。，则此时可以完成该部分焊缝的焊接。焊接时严格执行上述步骤，避免众多焊工聚集施焊，严格监管，及时发现问题并作出相应调整。5效果经过以上几方面的控制措施，我们基本控制住了组件的焊接变形，组合后的组件变形量不但小于5mm，且工艺优良、外观美观，达到了工地、项目部及公司规定的质量标准，收到了预期的效果，为创建精品工程，打下了坚实的基础。四、减小焊接残余应力的措施8_/X(y-q:XO/|4S#U%F#^7k#w6e6|4t+{5J4M一般来说，可以从设计和工艺两方面着手：+C8Z+_4e6b2n*E&g0e6z+Wc$Y;R/n,z8|5A:Q&G1．设计措施①尽可能减少焊缝数量；!a-F1D7q&P9q.J(~6d;R3b;R0lO0_!Q②合理布置焊缝；%r2e4m:X)D③采用刚性较小的接头形式。.Y7w;HP*d%c2．工艺措施!{(H%l3u0H0D,h（1）采用合理的装配和焊接顺序及方向(\-N({2x,s%h/G+b9g/wj2j①钢板拼接焊缝的焊接；②同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝；+`7K#l+{2G-D0x6|1@-~,k③对工作时受力较大的焊缝应先焊；/@4g;u#t6_0s!o(V④平面交叉焊缝的焊接。（2）缩小焊接区与结构整体之间的温差（预热法、冷焊法）5U0h!Y!WDN9B（3）加热“减应区”法8A'u,W(z+x7u（4）降低接头局部的拘束度&f3v1U9U/p(B6K（5）锤击焊缝五、消除焊接残余应力的方法;s$x6V*i4{.];B%E1．热处理法)X*a3O#Pp热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。$l3Q&j7p+T%u（1）整体热处理整体炉内热处理、整体腔内热处理,i.I;R.b9p9sC%n)[:i整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2min计算，但最短不小于30min，最长不超过3h。6V.E9h0n'R碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃；'O'@%@.o1m0]%{u$g!A!M'f4f;r4V,D/[6U铸铁：加热温度为600~650℃。%Gu!c*_:e$a~/q#?!@1t7K:u$F#M)~'W（2）局部热处理局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。,x&l3?:Q!@2?2．加载法7\&H6c7_1E-}6b'~加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。