垃圾焚烧炉水冷膜式壁堆焊高温合金技术分析

总634期第三期2018年3月河南科技HenanScienceandTechnology垃圾焚烧炉水冷膜式壁堆焊高温合金技术分析范蕙萍（青岛理工大学琴岛学院，山东青岛266106）摘要：传统低温燃烧垃圾焚烧炉的水冷膜式壁表面可通过堆焊不锈钢来提高其耐腐蚀作用，但存在二噁英排放超标的问题。可见，在水冷膜式壁表面堆焊不锈钢已不能满足高温耐蚀的要求。由此，本文提出采用堆焊高温合金来解决此问题。关键词：水冷膜式壁；高温合金Inconel625；CMT焊接；焊接变形中图分类号：TG457文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）08-0025-02ABriefIntroductionofHighTemperatureAlloyTechnologyforWasteIncineratorMembraneWaterCooledWallFANHuiping（QingdaoTechnologicalUniversityQindaoCollege，QingdaoShandong266106）Abstract:Thesurfaceofwater-cooledmembraneonlowtemperaturecombustionincineratorcanimproveitscorro⁃sionresistancebysurfacingstainlesssteel,butthereisaproblemofexcessivedioxinemission.Itcanbeseenthatthesurfacingofstainlesssteelonthesurfaceofwater-cooledmembranecannotmeettherequirementofhightempera⁃turecorrosionresistance.Therefore,itwassuggestedthathardfacingalloybeusedtosolvethisproblem.Keywords:membranewatercooledwall；hightemperaturealloyInconel625；CMTwelding；weldingdeformation1研究背景焚烧炉是常用于医疗垃圾、生活垃圾和工业危险废弃物等无害化处理方面的一种无害化处理设备。其原理是利用煤、燃油及燃气等燃料的燃烧，将要处理的物体进行高温焚毁碳化，以达到消毒的目的。传统的低温燃烧垃圾焚烧炉，通过在膜式壁表面堆焊不锈钢来提高其耐腐蚀性，延长使用寿命。但存在的问题是：在燃烧温度低于300～400℃时容易产生二噁英。二噁英为无色无味、毒性严重的脂溶性物质，容易聚积在食物链中。在食物中的位置越高，二噁英聚集的程度就越高。人类短期接触二噁英可能导致皮肤损害，长期接触会对免疫系统、神经系统、内分泌系统及生殖系统等造成损害。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。提高炉膛焚烧温度、增加燃烧停留时间和加强燃烧混合程度等措施可以显著降低二噁英的炉内生成。在水冷膜式壁表面堆焊不锈钢已不能满足高温耐蚀的要求［1］，故采用堆焊高温合金来解决此问题。2焊接性分析及材料选用Inconel625是以钼、铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，具有优良的高温耐腐蚀和高氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且能耐盐雾气氛下的应力腐蚀，可应用于垃圾焚烧锅炉、生物质锅炉和冶金行业余热锅炉水冷壁［2］。表1和表2是Inconel625镍基合金与碳钢化学成分、力学和物理性能对比。从表1和表2可以看出，Inco⁃nel625镍基合金与碳钢的化学组成差别较大，在焊接时存在堆焊层合金元素被基体金属稀释的问题，从而引发因成分变化而造成组织与性能转变的问题。但两者的膨胀系数差别较小，因而焊接时裂纹倾向较小。此外，还要考虑导热性差异而引起的焊接残余应力。镍基合金导热能力差，可能会造成热裂纹问题。Inc⁃onel625镍基合金在焊接时容易被氧化，需要进行严格防护；如果被氧化，会造成焊接接头力学性能下降、焊缝夹收稿日期：2018-02-12作者简介：范蕙萍（1983—），女，硕士，讲师，研究方向：焊接专业教学及课题。工业技术2018-10-1616:09:40·26·第3期渣。由于液态Inconel625镍基合金的流动性差，不易铺展润湿，即使提高焊接热输入，也并不能较好地改善其流动性，反而会恶化接头性能，造成较大的稀释率［3］。所以，对于水冷膜式壁表面堆焊，要保证在冶金结合的前提下基体对堆焊层的稀释率尽量小。3焊接方法选择MIG/MAG焊具有生产率高、焊接成本低、能耗低，以及有利于实现焊接过程的机械化和自动化等优点，在国内外被广泛应用。但是，存在热输入量大、变形严重、飞溅无法避免等缺陷。从降低母材热输入、减小熔化的母材对焊缝的稀释作用的角度出发，焊接时采用CMT焊接。CMT是ColdMetalTransfer（冷金属过渡）的简称，具有引弧稳定迅速、超低热输入及良好搭桥能力等优势，常被用于铝、镁合金及镀锌件的焊接。与传统的焊接方法相比，在满足相同焊接工艺的要求时，CMT焊接可减少40%～60%的热输出量，能减少对焊接基体的热损伤，这对在工作时要承受压力的膜式水冷壁来说尤其重要［4，5］。4焊接变形控制及矫正焊接热输入不均匀会导致焊接应力及焊接变形。焊接变形不仅影响构件外观的美观性、增加材料消耗，而且会降低结构承载能力。如何控制焊接变形量是选择焊接工艺时要全面考虑的问题。焊接变形的种类主要有5种：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形及扭曲变形。预防及矫正焊接变形可以从焊前、焊中和焊后三个方面采取措施。水冷膜式壁焊接存在的变形主要是收缩变形及弯曲变形。针对此变形，在焊接过程中采用刚性固定法，利用工装夹具进行防控。焊后整屏的残余变形可以通过卷板机进行矫正。对于局部变形，可采用人工火焰加热矫正，矫正时注意火焰加热方式、加热位置及加热的温度和面积。5结论通过上述分析可以得出以下结论。①提高炉膛焚烧温度可以显著降低二噁英的生成。Inconel625具有优良的高温耐腐蚀性能，可满足垃圾焚烧锅炉水冷壁的使用要求。②Inconel625与碳钢基材的化学组成虽然差别较大，但两者的膨胀系数差别较小，因而两者焊接时裂纹倾向较小。③采用超低热输入的CMT焊接方法可有效解决合金成分被稀释的问题。④焊接变形可以通过焊接过程中刚性固定、焊后机械矫正及火焰加热矫正解决。参考文献：［1］吴海龙.焚烧炉二噁英排放特性及关键控制技术研究［D］.杭州：浙江大学，2012.［2］孙焕焕，刘爱国，孟凡玲.堆焊Inconel625合金的锅炉膜式水冷壁组织和性能［J］.材料热处理学报，2013（S2）：96-99.［3］于景刚.镍基合金在碳钢与不锈钢焊接中的应用［J］.石油化工设备，2015（3）：63-65.［4］张永顺，沈州.CMT焊接技术实例［J］.汽车与配件，2015（6）：70-72.［5］伍钢.Q235及304不锈钢表面CMT-TWIN堆焊镍基合金工艺研究［D］.南京：南京理工大学，2015.表1Inconel625合金和低碳钢化学成分及质量百分含量（%）合金类型Inconel625低碳钢（20g）化学成分C≤0.010.16～0.24Si≤0.50.17～0.37Mn≤0.50.35～0.65Cr20-23≤0.25Ni≥58.0≤0.25Mo8.0～10.0≤0.15Fe5.0-Nb3.15～4.15-P≤0.015≤0.030S≤0.015≤0.030表2Inconel625合金和低碳钢主要力学、物理性能合金类型Inconel625低碳钢（20g）抗拉强度（σb）/MPa≥600400～540屈服强度（σs）/MPa≥355≥235热膨胀系数（1E-6/℃）11.16～13.8612.1～16.1延伸率／%≥30≥25垃圾焚烧炉水冷膜式壁堆焊高温合金技术分析