靳毅,馮爾云

(共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司,海南 ?？?570100)

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)工程焊接工藝研究

靳毅,馮爾云

(共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司,海南 海口 570100)

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)是火電發(fā)電廠鍋爐承重的重要構(gòu)件,承重的鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)架施工現(xiàn)場采用全鋼結(jié)構(gòu),全螺栓連接節(jié)點(diǎn).制作過程中焊縫質(zhì)量直接影響到整個鍋爐使用的安全生產(chǎn),本文通過對鍋爐鋼結(jié)構(gòu)項目進(jìn)行歸納分析,總結(jié)出鍋爐鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的辦法.

鍋爐鋼結(jié)構(gòu);大板梁;焊接熱處理;厚板焊接

1 工程概況

本工程屬于海南金海紙業(yè)有限公司670T/H超高壓循環(huán)流化床鍋爐鋼結(jié)構(gòu).項目包含柱(含柱底板、地腳螺栓支架)和梁 、大板梁(頂板梁)、各種支撐(垂直、水平、抗震裝置) 、吊掛梁、剛性梁、鋼平臺、平臺框架、屋頂構(gòu)架部件.鍋爐構(gòu)架為獨(dú)立式全鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架,共60m高分七層布置,采用扭剪型高強(qiáng)螺栓連接副連接,項目總重1800t,最大截面頂板梁尺寸達(dá)H3000X800X60X80.

2 項目難點(diǎn)

(1)該項目安裝節(jié)點(diǎn)屬于全螺栓連接,一個連接副存在上百個螺栓孔,孔位精度要求極高,構(gòu)件整體制作精度、焊接變形控制要求嚴(yán)格.

(2)頂板梁、鋼柱、柱底板主要板厚達(dá)到60~100mm,頂板梁在使用過程中,承受了鍋爐主要重量,保證整臺鍋爐的安全,還要保證自身穩(wěn)定性,焊縫質(zhì)量要求高.

本文重點(diǎn)針對具有代表性的H型截面大板梁進(jìn)行工藝研究.

3 焊材選用

結(jié)合該項目鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345B,焊材選用過程中,應(yīng)保證以下原則.

(1)等強(qiáng)度對接,即焊縫金屬的性能應(yīng)高于或等于母材性能.Q345B的抗拉強(qiáng)度345MPa,屈服強(qiáng)度510~600MPa.

(2)厚板焊接,形狀復(fù)雜或大厚度的焊件,由于其焊縫金屬在冷卻收縮時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大,容易產(chǎn)生裂紋.尤其是厚板容易出現(xiàn)層狀裂紋.因此,必須采用抗裂性好的焊材,如低氫型焊條、高韌性焊條.

(3)疲勞荷載,焊件在承受動載荷和沖擊載荷情況下,除了要求保證抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度外,對沖擊韌性、塑性均有較高的要求.此時應(yīng)選用低氫型焊材.結(jié)合以上分析,焊材選用如下:氣體保護(hù)焊焊絲選用ER50-3或ER50-6(焊絲直徑φ1.2mm);埋弧焊焊絲選用H08Mn2SiA(或H08MnA、H10Mn2)及對應(yīng)焊劑.

4 焊接工藝

(1)分析.延遲裂紋:在低合金結(jié)構(gòu)鋼接頭中,大多數(shù)的冷裂紋是由淬硬組織、氫的富集和約束應(yīng)力三要素共同作用的結(jié)果.冷裂紋是焊接接頭冷卻到100℃以下溫度出現(xiàn)的一種裂紋.這種裂紋通常是在焊后經(jīng)過一段時間才出現(xiàn)的宏觀裂紋,所以也稱為延遲裂紋.在某些焊接接頭中,冷裂紋的形成與氫在接頭中的擴(kuò)散和集聚直接有關(guān),因此普遍稱為氫致延遲裂紋.形成機(jī)理:低合金鋼焊接接頭中,冷裂紋的形成與接頭各區(qū)在快速加熱和冷卻作用下的組織轉(zhuǎn)變密切相關(guān).焊縫金屬或熱影響區(qū)內(nèi)馬氏體等淬硬組織的存在是形成冷裂紋的先決條件.通常,在室溫或在50℃以下焊接時約束度越高(即約束應(yīng)力越大)則產(chǎn)生裂紋的可能性越高,當(dāng)將焊件預(yù)熱到100℃及以上溫度時,約束度的影響不再那樣強(qiáng)烈,因此焊前預(yù)熱對于減少因約束度產(chǎn)生裂紋的可能性是很有效的辦法.另外,由于焊接殘余應(yīng)力通常會在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋,或與結(jié)構(gòu)工作應(yīng)力疊加從而造成焊接接頭的破壞,采用焊后熱處理可以有效消除焊接殘余應(yīng)力.總之,在低合金鋼焊接中,選用低氫焊條、采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理對于減少焊縫熱影響區(qū)的冷裂紋的發(fā)生是切實有效的方法.

(2)焊接過程.

一是預(yù)熱和層間溫度.焊接前,針對60mm以上厚板進(jìn)行預(yù)熱80~100℃,層間溫度不低于預(yù)熱溫度且不超過250℃.焊前預(yù)熱及層間溫度的保持方法采用火焰加熱法,并采用紅外線測溫儀測量;加熱區(qū)域在焊縫坡口兩側(cè),溫度測量點(diǎn)選在焊件受熱面背面,測量點(diǎn)在電弧經(jīng)過前的焊接各方向不小于75mm.正面測量時,應(yīng)在火焰離開后進(jìn)行.

二是焊接.焊接參數(shù):制定焊接工藝評定,首先根據(jù)預(yù)評定的焊接參數(shù)進(jìn)行試樣施焊,試樣力學(xué)檢測根據(jù)該工藝制定焊接工藝評定,否則調(diào)整預(yù)評定參數(shù)值直至試樣合格為止.

施焊過程中,打底焊首先要保證能熔透,采用較大電流,填充焊之前,先將打底焊縫的熔渣和飛濺清除干凈,一旦產(chǎn)生了冷縮孔,必須將其磨掉.

(3)焊后熱處理.

一是設(shè)備選用:板厚大于38mm的焊縫進(jìn)行焊后熱處理.由于構(gòu)件較長,采用電加熱毯的方式對焊縫部位進(jìn)行焊后熱處理.項目采用的ZWK-II-180型智能溫控儀,配備6只具有8段斜率/保溫的日本富士智能表作溫度控制.6只進(jìn)口雙向可控硅做強(qiáng)電輸出.記錄儀采用大華進(jìn)口EH100型,這樣曲線記錄更清晰準(zhǔn)確(圖1).

圖1

二是熱處理工藝.

保溫溫度及保溫時間.

板厚 保溫溫度 保溫時間δ≤50mm 600~640°C 2h δ>50mm 2h+(δ-50)/100h

加熱速度.在加熱過程中,在400℃以上溫度范圍內(nèi),加熱速度R1≤(220X25/δ)℃/h,且不超過100℃/h.

圖2

冷卻速度.在冷卻過程中,在400℃以上溫度范圍內(nèi),冷卻速度R2≤(275X25/δ)℃/h,且不超過135℃.

被加熱部件的溫差.在加熱及冷卻過程中,通過保溫棉對焊接部位進(jìn)行保溫處理,被加熱件的加熱部分在4500mm范圍內(nèi)的最大溫差不得超過130℃,在有效加熱范圍內(nèi),被加熱部分各處的最大溫差一般不應(yīng)超過85℃.

工藝卡曲線如圖2.

三是熱處理結(jié)果.

由曲線得知,制作過程中厚板熱處理從加熱速度、保溫溫度及時間、降溫速度均與預(yù)期的工藝卡片基本吻合.經(jīng)過熱處理,有效消除了熱應(yīng)力,同時接頭的金相組織得到改善,提高了焊接接頭的塑性及韌性,從而改善了焊接接頭的綜合機(jī)械性能,取得了預(yù)期的效果.

5 結(jié)語

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)工程項目,焊接過程中要控制以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)才能保證焊縫質(zhì)量.

(1)焊接工藝評定.

(2)焊材選用.

(3)合適的焊接工藝.

(4)合適的熱處理工藝.

焊縫熱處理是保證焊縫力學(xué)性能的關(guān)鍵之處,該項目厚板焊縫按照焊接工藝評定方案制作出的焊縫有效通過了力學(xué)性能檢測,通過客戶的質(zhì)量驗收并順利交付,圓滿完成生產(chǎn)任務(wù).本文所述經(jīng)驗可為同行提供借鑒與參考.

[1] GB/T22359-2008.鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S] .北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[2] GB/T50661-2011.鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范 [S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

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