论如何在复杂狭窄区间内提升炉管水冷壁焊接质量
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【摘 要】在现代化大型石油化工装置中，加热炉的作用愈加明显，水冷壁是加热炉的主要受热部分，它由数排炉管组成，分布于锅炉炉膛的四周。但大型加热炉，如开工加热炉水冷壁焊接却是一项很艰难的任务，尤其是Mn含量较高的薄型水冷壁炉管的焊接。SA210-C水冷壁材质属于珠光体型小口径钢管热强钢，其Mn含量较高，减弱了其材料的抗腐蚀性能能够，同时也降低了焊接性能。
【关键词】水冷壁;间隙小;障碍焊;高频焊接
1、前言
本文所析水冷壁焊接内容是结合2013年某石化公司45/80大化肥项目开工锅炉水冷壁炉管焊接实际情况，针对现场装置所需焊接施工内容及特点，从焊工考试及强化技能培训、现场焊接质量的过程控制等工序进行浅析、总结。
2、焊接质量控制措施
（1）、施工内容分布
开工锅炉由四片墙排水冷壁围合而成，每一墙排水冷壁炉管分布如下：
前墙水冷壁水由74根φ60×6，材质为SA210-C的管子与鳍片焊接而成;左右侧墙水冷壁由相同且对称分布，由140根φ60×6，材质为SA210-C的管子与鳍片焊接而成;后墙排管由62根φ70×7，材质为SA210-C的光管组成，下部连接至折烟角上部水冷壁，折烟角上部水冷壁由62根φ70×7，材质为SA210-C的管子与鳍片焊接而成。现场需要进行预制和安装焊接的焊口共计792道。
（2）、现场工况及人员要求
开工锅炉水冷壁分为前后左右四面水冷壁，水冷壁管道排列密集，施工量大，每两根水冷壁相邻间的间隙不足15mm，普通氩弧焊枪根本伸缩不到焊缝坡口根部，根部打底质量根本无法得到保证，焊缝起弧、收弧的焊接质量无法保证。无论是现场预制焊接还是后期水冷壁总体吊装安装，焊接施工有效空间有限，更是增大了现场的作业施工难度。
通过理论资料收集及根据现场实际情况，反复进行操作试验论证：焊接设备选用第四代奥太ZX7-400TG逆变高频焊机，氩弧焊枪配备为短把脉冲高频焊枪，而在焊枪上配有高频脉冲振荡器，氩弧焊枪在高频起弧时提前送气，焊接完成收弧时，为电流衰减滞后断气功能。用短把脉冲高频焊枪代替老式第二代奥太焊机和长氩弧把摩擦引弧焊枪，特点是高频脉冲喷射引弧，短把伸缩性强，焊接保护气体充分等，可以一次性解决障碍焊接困难、保护气体不到位、起弧易划伤母材、收弧效果质量差、氩弧打底质量差、避免了夹钨缺陷的出现等施工问题。焊接人员通过现场技能考试合格后，模拟现场实际工况，增加炉管水冷壁障碍焊接考试，考试合格方可进行现场实际操作。
（3）、焊接实施控制
焊接过程中优先开启短把焊枪气体保护按钮，形成保护气，通过高频脉冲短把焊枪的高频振荡器进行高频喷射脉冲引弧，优于老式的通过焊丝摩擦焊枪钨极进行短路引弧，新的起弧方式既保证引弧质量又避免了钨极和母材在坡口内侧划伤，避免了夹钨缺陷，保证了引弧质量。打底层采用Φ2.5焊丝，最大限度的满足焊接铁水熔敷要求;填充、盖面选用Φ2.0焊丝，在焊接中确保起弧和收弧的质量，收弧时采用先收弧后电流衰减滞后断保护气的方法。钨极氩弧焊收弧时熔池体积较小，但亦要注意弧坑的填补，一般采用连续填补法，在收弧弧坑位置连续点弧回收，距焊缝末端约5mm处焊枪停止前移，填充焊丝连续送进以填满弧坑，使焊缝收弧接头饱满、圆滑，无弧坑缺陷，焊接完成后进行接头修磨处理。
开工锅炉水冷壁由下向上焊接部分整排批量同步焊接（现场实图）
由于水冷壁的炉管排布的特殊性，每一墙排水冷壁都是成片组对，而每一道焊口在现场施焊过程中，至少要分為上下两次进行施焊才能焊接完成，焊口点焊采用正式的定位焊，定位焊缝长度为10～15mm，厚度为2～4mm，由下半向上部分焊接时，焊缝起弧位置尽可能2点和10点钟点焊;由上半向下部分焊接时，焊缝起弧位置尽可能4点钟和8点钟点焊，这样能最大限度保证焊枪的伸缩长度达到最大。特别要注意3点、9点位置气体保护与焊接接头质量，由于每两根水冷壁相邻间的间隙不足15mm，采用短把焊枪能更有效的深入到焊缝坡口根部，使根部焊缝打底熔透性更加充分，效率得到了保证，焊接质量得到了大幅度提升。
现场开工锅炉水冷壁共累计焊接792道焊口，返修4张，一次焊接合格率达99.41%。优于项目整体的一次焊接合格率98.46%近1个百分点。
3.结束语
此次开工锅炉水冷壁焊接，时间紧，任务重，工期紧凑，尤其在材料到货后，没有急于现场立即进行盲目组对焊接，而是根据现场工况实际条件，先进行人员培训，进行施工机具准备。磨刀不误砍柴工，经过多次试验及实际操作论证分析总结后，并对焊接工艺探讨，确定了施工工艺与工序。现场施工时严格按照批准的施工方案实施，确保了焊接质量一次性合格，也保证了水冷壁的焊接质量，节约了工时和施工投入成本，保证了石化公司按期顺利安全投产。对这次探讨的结果可作为一次案例，为以后的现场施工提供一份经验借鉴。宁夏45/80大化肥项目于2012年年中工建设，2018年4月26日投料，2018年5月9日生产出合格产品，目前现场安全运行正常，达到了安全生产的要求。
参考文献：
[1]《DL/T869-2012 火力发电厂焊接技术规程》
[2]《DL/T819-2002 DL/T 819-2002 火力发电厂焊接热处理技术规程》
[3]《NB-T47014-2011承压设备焊接工艺评定》
[4]《SH 3501-2011 石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》
作者简介：
张驰，男，1989年09月，毕业于辽宁石油化工大学，2012年07月参加工作，现任中国石油天然气第六建设有限公司大庆项目部施工技术部主任。
（作者单位：中国石油天然气第六建设有限公司）
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