Research and Exploration |研究与探索•工艺与技术
甘政，陈志远，邓微
(四川白马循环流化床示范电站责任有限公司，四川内江641000)
摘要：四川白马循环流化床示范电站600MW 循环流化床锅炉由我国自主研发。锅炉本体灰循环系统上有高温不锈钢膨 胀节。在运行过程中，高温金属膨胀节随着内部耐火材料的老化，发生膨胀节波裂纹、破损等缺陷。更换现场大型高温膨 胀节需要的工期长、材料费用较高，因此对膨胀波破坏部位进行修复更合理，能节约大量的生产成本。高温金属膨胀节波 由于材料合金元素较多、厚度较薄，增加了修复难度。笔者采用防变形工艺和焊接时防裂纹工艺，解决并克服了技术上的难点， 为企业赢得了效益。 关键词：焊接；裂纹；变形；膨胀波；延伸性中图分类号：TU 995.3
文献标识码：A
文章编号：1671-0711 (2016) 12 (上）-0120-03
循环流化床锅炉运行过程中，对灰道的磨损量较 大，特别是灰循环道上的金属膨胀节更容易磨损。减 少磨损的主要方法，一是加强膨胀节内部耐火材料的 质量，二離补金属膨胀节波，降纖体更棚期。
1金属膨胀节波故障分类
(1)撕裂破坏（图1)：裂口呈线性布局，可
长可短，整个裂口不会发生卷边及大的破口，破口
直径一般不会超过5mm ，对这种情况，可采用直接 焊接破□进行修复。
(2 )磨损破坏（图2 )：磨损破坏可以在波形 内壁明显感觉有磨损刀口状。并且破口比撕裂破坏 更大，最大可达到20mm 左右。同时磨损破坏会减 薄膨胀波的厚度，使焊接修补更加困难。
(3 )过热破坏（图3 ): —般发生在高温膨胀 节波峰，由于高温使金属膨胀节母材整体抗破坏强 度降低，在内部带压流体的作用下，膨胀节波损坏 更恶化，甚至可能造成整个膨胀波全部损坏报废。
防辐射布
自平衡两轮车图1撕裂破坏示意图
图2磨损破坏示意图
2焊接分析
2.1母材分析
耐高温不镑钢膨胀节波采用的材料为310S 。 310S (06Cr 25Ni 20)不镑钢是奥氏体铬镍不锈 钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀。化学成分特性 中以铬、镍为基础添加其它微量元素，其组织为面 心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。 同时在奥氏体不镑钢中增加碳的含量后，由于其固 溶强化作用使整体强度得到提高。 钢材特性（表1 )：硬度(HB ) 187；抗拉强
度（6b )(MPa ) 3= 52〇；屈服强度（<TS )(MPa ) 3= 2〇5;
p503伸长率（S )% > 40。
310S 材料中N i 的含量和C r 的含量较高，膨胀 节波板厚度均在2mm 以下，使合金材料的溶入性差，增加了焊接难度。2.2结构分析
膨胀节结构主要由膨胀波，前后接口管，和 内部衬管构成。材料均使用310S 钢板制成，衬板 厚度为6mm ，接口管厚度为6mm ，膨胀波厚度为 1.5mm ，并且没有刚性支撑。所有在安装金属膨胀 节时，要预留膨胀变形量，在热态运行过程中X 、Y 、
Z 三个方向均要发生变化。膨胀波要承受这种变化
引起的外应力’使修复难度增大。
2.3难点总结
通过对材料和结构的分析，我们可以看出在焊 接时，可能产生两个问题。
(1 )焊接时不镑钢板发生波浪变形（图4 ): 焊接过程中，由于局部高温加热造成焊件上温度分 布不均匀，焊件内部产生了焊接应力与变形。另外
表
碳锰铬镍铜磷硫^ 0.08
彡 2.00
24 ~ 26
19 ~ 22
0.25 ~ 0.45
矣 0.035
彡 0.03
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中囯设备工程2016.12(上）
备H I Engineering 工程水泵自动抽水
焊缝在冷却时，焊液由液态转化为固态，由于焊缝 金属与母材之间是紧密连接，焊缝金属不能自由收缩，引起整个焊件变形。同时金属膨胀节波采用薄板，薄板在抗击热变形的能力较差，收缩率大，焊接时 产生波浪变形，增加了焊接难度。 焊丝选用H12Gr26Ni21Si AWS 型号：ER310 ♦2.5。
钨极选用TIG氩弧焊钨极采用铈钨极少2.4。
表2
(2)焊缝热裂纹：由于310S有合金元素镍
存在，熔入奥氏体的镍合金元素使钢的淬透性提
高，镍含量越大，淬透性越高。焊接时热影响区
中将形成马氏体组织，熔池附近的晶粒非常粗大，
有魏氏组织产生。魏氏组织是一种过热缺陷，该
组织中铁素体或渗碳体的针片，使钢的强度降低，
由于高温使碳化物脆化，使钢的脆性增大，造成
焊缝开裂。
3焊接工艺
3.1焊接方法选择
(1)焊接采用氩气保护焊接，氩弧焊可隔离空 气中氧气、氮气、氢气对电弧和熔池产生的不良影响，
减少合金元素的烧损。另外焊接时电弧燃烧稳定，热
量集中，热影响区窄，焊接应力、变形、裂纹倾向小。
(2)对于薄壁金属焊接，氩弧焊焊接能快速融 钇不会对母材产生损坏，焊接后稳定性较好。
(3)膨胀节波损坏在外部，使用一样的材料尺 寸制作外套波，镶套在损坏的膨胀波上，通过夹具从茶叶中提取
进行刚性固定后，再进行焊接，这样比纯粹的修补
波更好，也能大大增加膨胀节波的强度，特别是裂
纹原因为磨损破坏和撕裂破坏时，不利于焊接直接
修复的时候，这种方法更加有效和可靠（图5)。
碳硅锰铬镍磷硫
0.0180.0341.725.5620.840.0230.01
3.3焊接技术要求
(1)焊前准备：由于薄板焊接时容易产生变形，所以在焊接时需要对薄板使用夹具进行刚性固定，由于膨胀节波较薄，固定式时需要在内壁上增加固定块，外壁上增加压紧块，固定装置着力点必须布置在烟风灰道内外壁厚母材上（图6)。
图6夹具示意图
(2)焊接工艺：把整个焊接分为几段焊接，使 各部分都能自由的收缩。焊接时要先弧焊缝，次直 焊缝，这种方法能防止局部过热，减小魏氏组织的出现。
在直焊缝焊接时采用逆向分段退焊法焊接。焊 接顺序如图7。
图7逆向分段退焊法示意图
在弧焊缝时采用跳焊法焊接，弧焊缝的主要难点是在接头部位，这里的焊接由于不在一个平面上，热应力分布不均，更容易发生变形（图8)。
(下转124页）
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料，查机械设计手册，许用比压P p=4 ~ 7MPa，取 =5 MPa。
2.3.3检验自锁性及丝杠螺杆强度校核
验算自锁性：通过计算导程角和计算当量摩擦角，#为摩擦系数，钢和钢取0.13。r= 4.05° < P v= 7.67°，角度调整丝杠满足自锁要求。
螺纹摩擦转矩〜=15_08論<%= lO O M Pa，故丝 杠螺杆满足强度要求。螺杆和螺母选用材料相同，故按螺杆做螺牙强度计算。牙根宽度r b= 60MPa，
牙根剪切满足强度要求；W1川職，故牙根 弯曲满足强度要求。由于丝杠螺杆伸缩过程主要受
拉，故无需进行压杆稳定性校核。
3结语
发射装置角度调整机构主要零部件的设计均符合机械设计相关规定且满足设计要求。在发射质量为4.5kg，发射速度不小于11.5m/s时，可实现发射角度在-20° ~90°范围调整，能够满足目前所有行人保护法规中关于头部模块冲击试验的要求，达 到了预期的设计目标。
参考文献：
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(上接121页）
图8跳焊法不意图
(3 )锤击或碾压焊缝（图9 )：每焊一道焊缝使用压缩空气冷却并用小木槌锤击焊缝区，使焊缝 得到延伸，从而降低内应力，降低波浪变形；锤击 的时候一定要保证从波浪变形的外圆处敲击，不能 对变形点直接敲击，因为这样可能造成金属叠加，对齡材料都有损伤〇4其它注意事项
(1)氩气流量选择在15L/m in至25L/min，起 弧电流通选择较小，一般为第一区峰电流的1/5左 右，且不超过20A。上升段时间依第一区峰值电流而定，通常在5至10秒之间。如第一区峰值电流大，则起弧区上升段时间稍取大些，以防止电流上升过 快造成电弧不稳。收弧时间一般较起弧上升段时间略长一些即可。为确保收弧处的焊接质量，在熄弧 后仍必需进行持续送气保护，送气时间为5 ~ 7秒即可。
(2)焊接完成后，使用压缩空气对焊缝进行快 速冷却。在快速冷却的同时，还需要使用木榔头键击焊缝，释放应力。
5结语
从外圆敲击，这样通过应力释 放，从而使变形处恢复平整从内圆敲击，这样会造成金属
叠加缺陷
图9插击和碼压不思图
通过以上的工艺处理，从600M W现场金属膨胀节焊接后使用效果来看，能完全满足使用需求，同时能节约时间和费用，对于相同膨胀节修复有很好的借鉴作用。
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收缩薄膜
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