浅述超临界直流锅炉膜式水冷壁制造过程质量控制点

浅述超临界直流锅炉膜式水冷壁制造过程质量控制点

摘要：锅炉制造厂生产过程中，各制造车间锅炉本体设备工作有序进行。文章通过阐述各部件在排图布料、组装等工艺过程中的质量控制要点，为电站锅炉的制造安装、运行维护提供了重要的参考资料。

关键词：锅炉；膜式水冷壁；制造；质量控制

DG1900/25.4-II2型锅炉炉膛宽为22 162.4 mm，深度为15 456.8 mm，高度为62 000 mm，整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁和中间混合集箱转换连接，炉膛四角为R150圆弧过渡结构。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55°，底部除渣口的喉口宽度为1 243.2 mm。水冷壁受热面各部件在制造过程中的主要质量控制点有下述几个方面。

1 把好鳍片扁钢原材质量关

在水冷壁的部件制造当中，出现过鳍片扁钢在MPM自动跑屏后出现“裂纹”的现象，“裂纹”边缘粗糙，呈锯齿状，尖端不尖锐，无分叉。曾有材料研究机构对该批扁钢作过检测分析，确认其属于皮下缺陷，且多为夹杂物和折迭。此类缺陷沿纵向线性分布，对MT或PT检测反应灵敏，肉眼分辨颇似裂纹。经显微观察夹杂物多为塑化硫化物，其尖端不尖锐；扁钢化学成分合格，但存在偏析，系原坯料质量问题；由于扁钢在多次扎制工程中温度偏低，产生了线性硫化物夹层。在鳍片管屏生产焊接过程中因受应力作用而造成延性扩展，这是造成该线性缺陷的原因。

对未投用的扁钢先后做了磁粉探伤和渗透探伤，发现磁粉探伤时扁钢表面有线状显示，而渗透探伤时未见异常。这说明缺陷位于浅表层下。扁钢确实存在因扎制工艺不当而产生的重皮、夹杂物，在应力作用下发生线性扩展，其实是一种撕裂，它具有裂纹的特征，具有裂纹的危害性。这是应该引起高度重视的一种缺陷。那么，除了严格按照工艺规范地对既存“裂纹”进行消缺处理外，该如何从根本上解决这个问题。第一，从原材料上严格把好质量关，不采用不合格的扁钢，生产扁钢的厂家应根据扁钢的成份、规格来选择坯料规格、确定热扎或冷拉方式、扎制温度、扎制压下量、热处理工艺，并严格遵守工艺进行扁钢的加工生产。第二，加强MPM自动焊接组屏的质量控制。最大限度调整各焊道的线输入量均匀一致，减少热偏差。第三，组屏后尽快进行热处理，消除焊接剩余应力。

2 钢管上线前除锈工序存在的问题

在制造车间里，膜式管屏的组屏焊接在多惰龙门式焊接机上进行。在钢管上MPM多头龙门自动焊接机之前，有一道机械自动除锈清洁工序。在该工序上，钢管在转动的砂轮排上的前进速度由按事前输入的参数决定的。除锈时注意的以下几点：第一，在确保钢管表面清洁合格（露出金属光泽）的前提下，尽量控制除锈造成的管壁减薄。第二，加强过程监控和事后检查。因为在机械除锈过程中，

有时会因为转动机械方面的问题，造成管子减薄严重，负偏差超标。或管子外壁某处机械损伤。该工序上多次出现水冷壁管在除锈过程中面积型机械损伤，应及时检查发现，予以更换。

3 鳍片管扁钢端部的绕焊工艺

“绕焊”通俗地讲，就是在鳍片管扁钢设计终止端部，进行焊接加工并打磨成U型状的工艺，其目的在于避免在应力作用下扁钢端部撕裂并扩展导致管子失效。在锅炉部件的制造中，“绕焊”要求是比较高的，但是在锅炉的安装和检修过程中，此工艺却往往被人忽视。

DG1900/25.4-II2型直流锅炉的垂直水冷壁上端部、水平烟道水冷壁出口端以及后包墙管部件，都大量地存在需要作“绕焊”处理的部位。其绕焊有三种类型，如图1所示，其工艺要求各不相同：A型绕焊只简单地要求在扁钢的端部打磨成U型；B型绕焊要求在扁钢端部两侧点焊，再打磨成U型；C型绕焊要求最高，要求把扁钢端部打磨成U型，在其端部敷焊一层焊缝，然后把焊缝表面打磨平滑，并要求无损探伤。

在制造过程中要注意以下几点：确保敷焊层或焊点尺寸，避免打磨时焊接金属被彻底磨掉；打磨后确保U型弧度适中，成型美观，表面平滑；加工过程中及时进行PT抽查，确保质量。

4 水冷壁制造车间MPM龙门式自动焊接跑屏常见

缺陷。

①扁钢偏装。安装鳍片管时扁钢偏离两侧管子的中心线，同一管屏如出现多处此类缺陷，将导节管距变窄、整屏尺寸偏差增大，安装困难。运行中，因为受热面积不同使管子间的热偏差增大。

②MPM机导轮压伤管子。一般来说，新管子直度都是合格的，但是在整捆管材的运输、吊移过程中难免有些管子受力变形，这些少量的变形管子在MPM 焊接中常常会被导轮压伤或划伤。

③扁钢对接处漏焊及焊接缺陷。在组屏后没有对扁钢对接处进行手工焊接，而且扁钢没有按制造工艺要求事前制备坡口。这不仅会导致对接处所在截面应力集中，并且会在锅炉在炉膛负压运行工况下空气从此处吸入，长时间将导致吹损并逐步扩大伤及两侧焊缝及管子。

5 鳍片管成屏弯制工艺常见问题

为了最大限度地减少水冷壁管间的热偏差，超临界直流锅炉除了蒸发受热面采用本生式垂直管屏结构外，中下部采用了螺旋上升管圈水冷壁。如DG1900/25.4-II2型即采用了上升角为19.471°的螺旋水冷壁，这样管屏在制造过

程中将进行90°弯制。此外，下部的冷灰斗水冷壁及中部后墙的折焰角部件也有不同角度要求的管屏弯制工艺。

①鳍片管组次大屏后，作第一次外观质量检查后便将送上弯管机进行整屏弯制，在该工段常见有以下几个问题：第一，管屏在成排弯完成后，弯头扁钢的外侧普遍存在纵向裂纹。产生裂纹的原因一方面这种次大屏进行小R大角度的冷态弯制对管子和扁钢的力学性能是一种严峻的考验，且扁钢本身可能存在重皮、折迭等缺陷。对于中部螺旋水冷壁而言，成排弯时是沿斜线弯轴弯制的，这样扁钢必然还受到扭曲应力作用，这也增加了弯制后扁钢纵向或横向爆裂的可能性。第二，弯曲区域如果存在扁钢的对接（拼接）焊缝接头，那么弯制后该扁钢对接接头容易在应力作用下横向爆裂，这样，弯制时外弧的拉伸应力集中在管子的一个截面上，从而导致了该截面出现断裂前的颈缩现象。这种缺陷如没有及早发现，等到锅炉运行时将很快从颈缩处爆裂失效（见图2）。②除了严格把好扁钢质量外，防范及解决问题的方法还有：在直屏焊接前就标识出受弯区域，该区域装配扁钢时不留扁钢对接接头，鳍片角焊缝不留焊接接头；严格控制鳍片角焊缝的厚度和凸度，弯制前对凸起、咬边等焊接缺陷进行彻底消除；可考虑不先焊受弯区域鳍片角焊缝，弯制后再进行手工焊接；对于弯制后扁钢出现的裂纹，要规范返修。并按一定的焊接顺序在弯头外弧扁钢表面敷焊一道加强层。

6 过渡段穿墙管密封焊接注意事项

DG1900/25.4-II2型锅炉在中部水冷壁螺旋管圈与上部垂直水冷壁之间设置了过渡段水冷壁：螺旋水冷壁出口管引出到炉外，进入螺旋水冷壁出口集箱，再由连接管引到混合集箱，充分混合后，由连接管引到垂直水冷壁的进口集箱，再由大量的小径厚壁管子引入垂直水冷壁。

①这种过渡段水冷壁结构的复杂性，决定了它在制造工艺方面的特点：存在大量钢管弯头，管件弯制后的质量检查非常重要；结构复杂，外观质量检查容易存在暗角或盲区；制造焊口数量巨大，焊接位置多样，是焊接质量监控的重点部件。

②防范的措施有以下几个方面：采用小规范焊接，焊接电流不能太大，但是这样工作效率比较低；利用车间的行车对过渡段水冷壁翻转一定角度，改变焊接位置，如角焊或仰焊，都可以解决容易出现咬边的问题，但是这种做法的弊端就是半成品的过渡段水冷壁吊转翻身时容易出现变形；因为位置的隐蔽性，转入下一道工序前，应反复进行外观检查，直到全部咬边超标缺陷全面返修现场消除；预制密封片时与管子留出间隙，在向火面采用击穿焊法，全焊透，并保证焊缝高度，背火面不再焊接，避开了夹角焊接容易出现咬边的问题。

7 水冷壁管屏端部坡口制备常见两个问题

①水冷壁管屏的端部是指在制造车间，依部件加工图加工成型相对独立的鳍片管屏管子两端。端部坡口的制备，一方面是工地对管屏进行组合安装焊接的需要，另一方面是对屏管的制造尺寸进行较精确修整的重要工序。