孫萬田

中石化第五建設有限公司 廣東廣州 510145

由中石化第五建設有限公司承建的某石化熱電廠脫硝改造工程中，有4 臺CFB 高壓蒸汽鍋爐高溫、低溫省煤器爐管需進行更換。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，通過焊接工藝評定與焊接工藝、焊接材料、焊工培訓、施焊過程、焊后檢驗和焊縫返修6個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)質(zhì)量的有效控制[1]。

1 焊接工藝評定與焊接工藝

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

1.1 焊接工藝評定及目的

所謂焊接工藝評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《承壓設備焊接工藝評定》標準，檢驗試件試樣，確定擬定的焊接接頭是否具有所要求的性能。焊接工藝評定的目的在于檢驗評定擬定的焊接工藝是否具有正確合理性，是否滿足產(chǎn)品設計和標準規(guī)定，以及評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定的關系

焊接工藝評定與焊接工藝卡既相似又有區(qū)別。焊接工藝評定是在產(chǎn)品制造前進行的，只有其評定合格后，才可編制焊接工藝卡。焊接工藝評定是編制焊接工藝卡的依據(jù)，焊接工藝評定只考慮影響焊接接頭的力學性能的工藝因素，而未考慮焊接變形、焊接應力等因素。焊接工藝卡的制訂除根據(jù)焊接工藝評定外，還須結合現(xiàn)場實際情況，考慮勞動生產(chǎn)率、技術素質(zhì)主設備等因素，使之具有操作性、合理性、完整性。焊接工藝評定是重要的技術文件，要編號存檔，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現(xiàn)場焊接。

2 焊接材料

圖1 焊材控制流程圖

2.1 焊材復檢

首先應對焊材的質(zhì)量證明書進行審查，對其內(nèi)容和數(shù)據(jù)進行校對，正確、齊全、符合要求者為合格可復檢，否則不予復驗。復驗時，應對每批焊材編復驗編號，按照其相應的標準和技術條件進行外觀檢驗、理化試驗等。復驗合格后，焊材方可入一級庫。另外，為了防止焊材在使用過程中混用、錯用，同時為了便于查找導致焊接質(zhì)量問題的原因，焊材的復驗編號不但要登記在一級庫、二級庫臺帳上，而且要出現(xiàn)在焊條烘烤記錄表、焊材發(fā)放領料單上，焊工編號也要登記，從而保證焊材使用時的可追蹤性。

2.2 焊材保管、領用、發(fā)放

焊接材料實行三級管理，即一級庫管理、二級庫管理和焊工領用管理。一、二級庫內(nèi)的焊材要按其牌號、批號、復驗號和規(guī)格分類堆放，放在離地面300mm、離墻100mm 以上的貨架上。一級庫內(nèi)應配有空調(diào)設備和去濕機，保證室溫在10～25℃之間，相對濕度低于60%。二級庫應有焊材烘烤設備，焊工施焊時也需要妥善保管好焊材，不可隨意亂丟、亂放，電焊條應放入保溫筒內(nèi)，隨取隨用。焊材領用發(fā)放要建立嚴格的限額領料制度，焊接材料領料單應由焊工填寫，技術人員簽字確認；二級庫保管人員憑焊材領料單發(fā)放，并審核其牌號、規(guī)格是否相符，同時還要按發(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 烘烤溫度與時間

焊材烘烤是焊材控制環(huán)節(jié)中重要的一項內(nèi)容，焊材烘烤時間、溫度應嚴格按標準要求進行，并做好溫度、時間記錄。烘烤溫度不宜過高或過低。溫度過高會使焊材的部分成分發(fā)生氧化過早分解，從而失去保護等作用；溫度過低，則焊材中的水分不能完全蒸發(fā)掉，焊接時就可能形成氣孔、裂紋等缺陷。此外，還要注意溫度與時間的配合問題。烘烤溫度和時間相比，溫度較為重要，如果烘烤溫度過低，即使延長烘烤時間，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 正確掌握實際烘烤溫度

一般烘烤箱、烘干箱上的測溫計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，焊條的實際烘烤溫度與箱內(nèi)空氣溫度差別不大；但若箱內(nèi)焊條堆放厚度較大時，兩者溫度差就比較顯著。這時，若測溫計的溫度僅達到規(guī)定的最低烘烤溫度值時，勢必造成一部分焊條未完全烘干。因此，焊材烘烤時箱內(nèi)的焊材堆放高度不要過大，宜保持在50mm 以下。同時，烘烤溫度和測溫計所指示溫度不應剛超過最低值，應在給定的溫度范圍內(nèi)選擇一偏大的值，以對中間部分焊條給予一定的溫度補償。

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

2.3.3 其他注意事項

當不同牌號的焊接材料在同一烘烤箱時，要分別標有明確的標志，以免出現(xiàn)混淆。另外，焊條重復烘烤次數(shù)不得超過2 次。

3 焊工技能培訓與考試

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任，因此必須對焊工進行培訓和考試。合格的焊工資質(zhì)是保證焊接質(zhì)量的重要措施和途徑。焊工培訓與考試的程序控制如圖2 所示。

圖2 焊工培訓與考試控制流程圖

建立焊工臺賬是加強焊工管理的有效方式。對所有合格焊工都要建立檔案，焊工考試后要把考試時間、所評定項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)計入焊工臺管理賬作為焊工技能評判的依據(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)定的時間、溫度烘干，焊絲表面的油銹是否除盡；焊接設備是否完好，電流、電壓顯示裝置是否靈敏；所選擇的焊工是否具有相應的焊接資質(zhì)。只有以上各個環(huán)節(jié)全部符合工藝要求，才可以對爐管進行施焊。

4.2 過程控制

焊接過程控制[5]主要是嚴格執(zhí)行工藝紀律，監(jiān)督焊工嚴格按焊接工藝卡所確定的規(guī)范參數(shù)進行操作，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。并嚴格按所確定的操作要求實焊，包括焊接角度、焊接順序和擺動幅度等。焊工在焊接過程中還要隨時自檢每道焊縫，發(fā)現(xiàn)缺陷立即清除，重新焊接。

5 焊后檢驗

要保證焊接質(zhì)量，就必須對焊接接頭進行質(zhì)量評定。以便及時發(fā)現(xiàn)焊縫的缺陷，及時采取措施加以解決，如進行返修、修磨。焊接質(zhì)量檢驗包括外觀檢查、無損探傷和水壓試驗等。

5.1 外觀檢驗

外觀檢驗的目的就是檢驗焊縫的表面質(zhì)量。即檢驗焊縫外觀形狀、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。對于不符合要求的形狀、尺寸應予修磨使之寬度、高度符合工藝要求。對于不允許存在的表面焊接缺陷，應予補焊消除。因為這些缺陷的存在會使接頭產(chǎn)生應力集中，降低接頭的疲勞強度，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缺陷，然后進行返修補焊，以保證焊接質(zhì)量。否則，留在焊縫中些超標缺陷或不允許缺陷在爐管運行中將可能成為失效源，造成事故隱患。

6 焊縫返修

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

6.1 焊縫返修一般工作程序

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

（2）焊接工程師會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)返修方案進行返修焊接；

（4）對返修好的焊縫進行外觀、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、檢查方法及結果等記入焊工管理臺賬。

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、焊接設備和焊工操作技能，甚至責任心等。因此，焊接檢查員和焊接技術人員應根據(jù)無損探傷結果、施焊記錄等仔細分析，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力等。若有氣孔，則應檢查焊條烘烤溫度、時間是否符合要求，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

制訂返修方案是進行焊縫返修工作的一個重要過程。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，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。一般缺陷靠近哪側就在哪側清除，如果材料脆性大，焊接性差，打磨坡口前還應在裂紋兩端鉆上裂孔，以防止在挖制和焊接過程中裂紋擴展。此外，對于抗裂性差或淬硬傾向嚴重的鋼，碳弧氣刨前應預熱。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，應用肉眼、放大鏡或PT 探傷、MT 探傷進行檢驗，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行，這是由其具有操作方便、位置適應性強等特點決定的。當采用鎢極氬弧焊返修時，填充焊絲一般選用原焊絲，該方法一般用于補焊、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備的消耗。采用窄焊道、多層多道等方法，減小焊接應力與變形。每層接頭要盡量錯開，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

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

4 臺高壓蒸汽鍋爐累計焊接省煤器爐管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 滿負荷連續(xù)試運行考核。截至目前，設備運行良好。

7 結論

（1）在爐管焊接過程中，嚴格進行焊接工藝評定，制訂合理的焊接工藝，嚴格按要求培訓出合格的焊工；

（2）對使用的焊材嚴格進行驗收、烘烤、領用、發(fā)放；

（3）焊接過程中嚴格工藝紀律，按工藝要求施焊；

（4）焊后嚴格檢驗焊接質(zhì)量，對不允許或超標的內(nèi)部、外部缺陷進行修磨、補焊、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的順利完成，為今后類似項目積累了寶貴經(jīng)驗。