摘要：锅炉受热面管子管口焊接质量的关乎机组的安全运行，焊接过程中能够引起各级人员的重视，不论是焊前的准备，焊接的工艺，还是焊后的热处理及检验，均有完备而细致的要求，层层把关，基本可以确保焊口的质量。但是对鳍片的焊接几乎无人关注，甚至连基本的焊接工艺指导书都不具有质量管控的作用，因此很多电厂出现了鳍片缺陷，以致机组非停，造成巨大的经济损失，严重影响企业效益。本文对鳍片缺陷产生的方式及产生机理进行统计分析，因为锅炉炉膛温度高、各处热负荷差别大，管子长膨胀量大且无有效的消除膨胀应力的措施，工作条件最为恶劣，重点对锅炉水冷壁鳍片提出了预防措施和相关建议，对检修具有指导意义。
关键词：水冷壁鳍片裂纹爆管预防措施
1前言
锅炉水冷壁类型主要有光管式水冷、销钉式水冷壁、膜式水冷壁，其中膜式水冷壁管屏可在制造厂成片预制，便于工地安装，且气密性好，管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料，炉膛高温烟气与炉墙不直接接触，有利于防止结渣，大容量，高温高压锅炉多采用这种结构。膜式水冷壁是由许多鳍片管沿纵向依次焊接起来，构成整体的受热面，使炉膛内壁四周被一层整块的水冷壁膜严密包围。炉内燃烧热主要以辐射的方式投射于水冷壁表面，再通过金属的导热由水冷壁传导至管道内侧。而后管内工质通过和管道内壁间以对流放热的形式吸收热量并将其带走。鳍片段所吸收的辐射热，是以相邻两水冷壁管中间位置为中心，在鳍片内向两侧传导至管壁。因此从定性的角度来看，沿管子径向方向，鳍片的温度分布是相邻两水冷壁管向火侧中间位置的点温度为最高，并沿两侧逐步降低；沿管子轴向方向，随着管内工质和燃烧火焰温度的变化，各处鳍片温度相差很大，尤其是在机组启停过程中，温度会剧烈变化，因为管子长度大，膨胀量较大，膨胀应力不容忽视，如果鳍片的焊接质量不过关，很容易产生缺陷，影响鳍片密封的严密性，降低机组效率，严重的会损伤管壁，造成管子泄漏，影响机组的安全运行。
2鳍片缺陷表现形式
鳍片裂纹多数出现在鳍片角焊缝处，尤其是转角弯管处鳍片的角焊缝，刚性梁与水冷壁管之间的角焊缝，密封盒处垫板与水冷壁管之间的角焊缝等处，在超超临界机组中，螺旋段水冷壁鳍片角焊缝处也容易出现裂纹。在检修过程中，因受到工期、成本、施工条件等的限制，水冷壁鳍片的切割极少采用机械切割，基本采用火焰切割，尤其是在外部保温未拆除或者有阻碍物的情况下，火焰气流极易发生偏转，造成水冷壁管的损失，并且不容易发现，存在很大的质量隐患。
3缺陷原因分析
焊缝尺寸与形状不符合要求。焊缝外形高低不平，波形粗劣，焊缝宽度不齐，太宽或太窄，焊缝余高过高或高低不平，角焊缝焊脚尺寸不均等。焊缝宽度不一致，除了造成焊缝成型不美观外，还影响焊缝与母材的结合强度，焊缝余高太高或角焊缝的焊脚尺寸不均匀，会形成应力集中，易产生裂纹，在循环流化床锅炉中，使燃烧介质的气流变化，造成水冷壁管的急剧磨损。
咬边是沿焊缝的母材部位产生的沟槽或凹陷。咬边不仅减弱了母材的有效面积，降低了焊缝的强度，而且在咬边处形成应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，尤其是在启停炉过程中，随着温度的剧烈变化，在管壁与鳍片膨胀、收缩不一致的情况下，危害更加严重。
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焊瘤是在焊接过程中，熔化金属流敷在未熔化的母材金属上形成的金属瘤。焊瘤不仅影响焊缝的成型，而且在焊瘤的部位，往往存在夹渣、未焊透等缺陷。
裂纹是最严重的一种缺陷，不仅会使焊缝质量不合格，而且还可能引起严重的事故。在焊接中出现的裂纹形式是多种多样的，有的裂纹出现在焊缝表面，有的隐藏在焊缝内部，有的则产生在热影响区。
4缺陷处理及预防方法
鳍片的切割必须在炉膛外部保温拆除的条件下进行，如有遮挡，火焰气流发生偏转造成管壁损伤，不易发现，存在很大的隐患，不能因工期原因而赶进度，欲速则不达。切割后派专人进行认真检查，重点检查水冷壁的背火侧，尤其是在刚性梁等易引起火焰气流偏转的部位。
控制管子径向方向的焊接变形。选用与管子材质相同的鳍片，尽量减小鳍片与管子的间隙，使鳍片紧贴管壁，以缩小焊池容积及收缩时产生的应力。因为鳍片左右两边的焊缝均需双面焊（炉膛内外侧均需要焊接），一个鳍片对应四条焊缝，焊接的顺序尤为重要。应当先焊好一条焊缝，再焊接这条焊缝背面的焊缝（炉膛内外侧），焊好以后再用同样的方法焊接另一边的焊缝。焊接过程中控制局部焊接温度（不宜过高），减少焊接线能量，降低焊接应力。
控制管子轴向方向的焊接变形。鳍片的焊接是在管口焊接检验合格之后进行，新换管子的长度一般不低于500mm，长度较长，鳍片焊接的时候，需要采用跳焊的方法焊接。为了减小鳍片的变形，焊接之前先将鳍片固定，沿管子轴向方向，将新鳍片两端满焊。在焊接过程中，注意观察鳍片的温度和变形情况，发现问题及时改变焊接方法和工艺参数，如电流大小、焊接速度。
强化焊接质量管理。焊前检修人员对新旧鳍片均应进行打磨，选用厚度和宽度符合要求的鳍片，焊接人员应明白焊接的工艺要求、注意事项，采取合理的焊接方法、焊接顺序，针对焊接时的温度、湿度、风力等气象条件，采用合理的施工措施。对于长度较长的鳍片，可采用跳焊法减少应力集中，具体操作要点可参考T形接头立角焊。焊接过程中严格执行焊接工艺，控制好焊接电压、电流、焊接角度、运条方法等参数和操作要求，随时检查焊接情况，发现缺陷及时处理。
5建议
鳍片虽然不属于承压部件，但鳍片左右两边、内外两侧均与水冷壁焊接，且焊后的检验不像焊口那样100%无损探伤，即使有了缺陷也难以发现，存在重大隐患。因为鳍片的焊接质量造成水冷壁泄露事件很多，检修过程中关心鳍片的焊接质量，100%外观自检并加强专检。
参考文献：
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[4]王国清.锅炉设备运行.中国电力出版社，2016.
[5]史国梁.锅炉设备安装与检修.化学工业出版社，2017.
论文作者:马宝奇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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