如何控制600MW超临界机组凝汽器钛管焊接质量

如何控制600MW超临界机组凝汽器钛管焊接质量
作者：于军强
来源：《科学与财富》2014年第11期
摘要：本文阐述了大型火力发电机组凝汽器钛管焊接工艺及其对质量缺陷的处理方法，以及为保证焊接质量所做的一些技术改进。

并对中电广西防城港电厂2*600MW超临界机组钛管凝汽器焊接工艺进行了全面总结。

关键词：钛管；焊接；工艺；总结
前言
中电防城港电厂工程地处沿海，空气潮湿，加上凝汽器采用海水冷却，为了减轻凝汽器冷却管的腐蚀，延长机组运行寿命，采用了钛管凝汽器。

工艺要求采用先胀管，后进行钛管密封焊工艺。

此工艺要求钛管、钛板清洗严格，削管要求高，而且要用铣刀铣平，否则，焊接质量将无法保证。

钛金属的化学活动性大，不仅在熔化状态下，即使在400度以上的高温状态下，也极易被空气、水分、油脂、氧化膜等污物所污染，吸收氧、氮、氢、碳等杂质，使焊接接头塑性、韧性明显降低，易引起气孔裂纹等缺陷。

1、焊前钛管的穿、胀工艺要求
1.1钛复合板及钛管表面存在油污等污物是焊接时出现钛复合板烧损、焊缝产生气孔及焊接时冒烟的主要原因，因此保证钛复合板、及钛管清洁无油污等污物是保证焊接质量的前提。

1.1.1穿钛管前应首先对凝结器钛复合板管孔进行清理，清理时，可用机械方法和化学方法进行清理，机械方法是用吸尘器对其管端钛管孔进行吸尘清理；化学方法是用浓度大于95%的酒精进行清洗，孔内可借助圆柱形压龙绳子和白绸子布擦拭，清理时严禁戴橡皮手套。

清理标准：用白绸子布擦拭不变色为合格。

1.1.2穿钛管时工作人员必须穿专用工作服，戴脱棉手套，防止污物污染钛复合板及钛管。

钛管应轻拿轻放，严禁强力碰击或敲打，以防损坏钛管管壁及管口。

1.1.3穿完管用酒精清洗钛管时，两部必须同时协调进行，一端把钛管推入，清理钛板管孔，另一端把钛管抽出，清理钛管外壁，反之亦然，往返应不少于5次。

1.1.4加工清晰过的焊口，严禁用手抚摩，暂时不焊部分应用塑料薄膜覆盖，以防污染。

1.1.5削管应保证钛管端平面与中心线垂直，伸出钛板平面0.3-0.5mm。

削管后的管口，必须用铣刀铣平。

1.2钛管胀管欠胀及漏胀是焊接时产生化钛管及翻边的主要原因，往往产生不可修补的缺陷，如造成管短，将不能再进行施焊，裂纹也是不易修补的缺陷。

因此在钛管焊接前决不允许欠胀和漏胀和漏胀，否则将造成不可修补的缺陷。

1.2.1正式胀管前对模拟凝结器进行胀管试验，把胀管系数调整到一个合适的数值，实际胀管中胀管系数要以实验得出的数值为准，并且，由于在胀管过程中的振动等原因，可能造成胀管机的胀力降低，因此要随时调整胀力，进行合格的胀管。

1.2.2胀管检查
胀管质量好坏的检查有三种方法：
A用一Φ15mm×250mm的圆钢轻轻滑过胀管后的钛管管口，听其声音，如发现有异常声音，说明该处可能欠胀或漏胀，发现后再重新仔细检查，确实欠胀或漏胀，重新进行胀管，这种方法，简单、速度快，但是可靠性比较差，如检查的人精力不集中可能查不出。

B用手指摸。

检查时戴脱脂棉手套，把手指伸入钛管摸，如发现胀管痕迹不明显或偏胀的，为欠胀或不合适，必须进行重新胀管，如发现没有胀管说明是漏胀，这种方法，检查漏胀和偏胀现场比较准确，但欠胀比较难判断。

1.2.3用内径量表进行实际测量，这种方法准确，但速度太慢。

2 焊接工艺
2.1钛管密封自动焊
2.1.1定位中心杆及焊接参数
a、根据胀管参数选择定位中心杆，中心杆外径比钛管内径小10-20丝，这样既能保证焊缝不能焊偏，又保证了中心杆容易插入和拔出。

b、焊接工艺参数：
焊接电流：80-90A（脉冲电流）
焊接速度：2.5-2.7转/分钟
氩气喷嘴流量：5-6L/min
氩气滞后保护流量：9-11L/min
但焊接过程中可灵活掌握，在可能的情况下，尽量采用小电流快速焊接。

2.1.2为减少受热和焊接应力引起的管板变形及减少对其他已胀未焊部分受温差影响引起的胀力松懈，因此宜采用“Z”型跳焊法。

2.1.3焊接顺序两端应同步进行，由下而上分区施焊，也可以采用单端分区施焊，由中间向两边由下而上进行。

施焊部分的另一端不允许同时进行胀管和削管工作。

同一水室内不允许同时进行焊接和胀、削管工作。

2.1.4施焊期间，应随清理随焊接，清理可用小型喷雾器在钛管上喷酒精，用白稠布擦净。

在焊接引弧后，如发现声音不对、更强火明，冒烟等异常现象，应立即按下紧急开关，由专业人员进行处理。

焊接过程出现夹污必须清理干净，重新施焊。

2.2手工焊及补焊
2.2.1由于中电防城港电厂工程工期比较紧，先上水室盖再进行钛管焊接，这一工序决定了水室内四周钛管无法用自动焊机施焊只能用手工焊，但手工氩弧焊其氩气保护效果不好，其焊接质量比较差，极易产生变色和裂纹，为此在1#机钛管焊接过程中，采用楔形铜堵法，即在钛管孔中加塞堵，然后再用手工钨极氩弧焊施焊，收到了比较好的效果，但存在比较大的问题，如焊口产生氧化色彩。

在2#机组钛管的施焊过程中为解决手工焊接钛管问题，我们自己研制出了氩弧焊枪二次拖后保护罩。

这一装置保证了在整个焊接过程中，焊缝始终处于氩气的保护下，阻止了焊缝在400℃以上的状态下，与空气接触而吸收空气中的氧气和氮气，产生氧化色彩和产生氮裂纹。

使焊缝在400℃以上始终处于氩气的保护下，保证了焊接质量，在2#机钛管焊接中这一措施取得了很大的成效，所有手工焊焊口，全部呈银白色，达到了优良，且焊缝表面无气孔、翻边现象，唯一的缺点是焊缝尺寸，即焊缝宽窄不均匀不一致，这是由于电焊工的手把不稳，这是人为达不到所致。

2.2.2当自动焊焊缝出现严重缺陷时，必须实行打磨清理和焊补。

2.2.2.1焊补前，应用会锦锉把缺陷彻底清理掉。

常见的缺陷有气孔、氧化色彩，裂纹，夹钨，未熔合，表面夹渣，翻边，焊缝不均、熔损，焊瘤等。

清理过程中，严禁用砂布和砂轮；缺陷干净后，分别用机械法和化学清理法清理表面污物。

2.2.2.2用自动焊机修补的焊口，可以用重熔的方法进行修补，电流可以稍微调大点，可以在100A左右，补焊过程中不用加钛丝。

但修补次数不得超过三次。

2.2.2.3无法用自动焊修补的焊口可以采用手工补焊法，手工补焊。

A、如表面气孔、翻边等缺陷，无须填加焊丝，只须手工钨极氩弧焊重熔一次既可，但必须采用二次拖后保护罩装置，否则可能产生严重的氧化色彩和氮裂纹。

B、裂纹、夹渣等比较严重的缺陷，必须用什锦挫锉清理干净，并用机械和化学方法清理表面污物。

a、焊机采用带脉冲电流的松下焊机，采用二次拖后保护罩的氩弧焊。

b、填充材料用纯钛焊丝，规格Φ1.0-1.6mm，使用前应用酒精进行清洗，清理后放入80-100℃恒温箱中干燥，并且在整个焊接过程中保持干燥。

c、补焊采用分面冷焊法，既将每个焊口分成四段，每焊一小段，待冷却后再焊另一段，并且四段交替焊接，焊接过程中严防过热，并且要尽量调小电流，加强氩气保护，保证焊口在400℃以上始终在氩气的保护下。

d、焊口补焊分段之间的接头引弧后要稍加停留，使接头充分熔合后再移动焊枪。

焊接过程中如遇粘钨极，将夹钨处彻底清理，更换钨极再行施焊。

e、补焊过程中尽可能采用小电流快速焊法。

但必须保证焊缝融合好。

2.3质量标准
2.3.1着色试验：不准有裂纹、气孔等任何显示。

2.3.2注水试验：无一泄露
2.3.3焊缝表面颜色；不合格者必须返修。

2.4其它注意事项及要求
2.4.1施工人员进入现场必须穿戴整齐，穿专用工作服，戴脱脂棉手套，严禁直接用手抚摩管口。

2.4.2焊接密封室内严禁烟火，并备有干粉灭火器，不存放过量酒精。

2.4.3设专用电源开关，照明用12V行灯。

3 结束语
通过对中电防城港电厂2×600MW超临界机组工程钛管凝结器焊接质量的有效控制，表明该工艺有效地解决了钛管焊接，质量难以控制的难题，探索出了一条安全、可靠、简单、易行的新工艺。

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参考文献
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98
《火力发电厂焊接技术规程》DL/T 869-2004。