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超临界小径管膜式壁焊接变形控制.pdf

超临界锅炉小径管膜式壁

大型超临界机组锅炉的炉膛壁采用合金钢小径鳍片管，这种水冷壁在长度和宽度方向上都比 较大，在焊接上相当于大型薄件结构。这类水冷壁在密封焊接时，发生了严重的边部变形。从焊接 专业讲，这是机组安装工作中的新问题。本文叙述了此类问题的分析和防上的方法，可以做为其它 机组膜式壁焊接的借鉴。 关键词：膜式壁焊接变形

、原苏联焊接方案施焊情况

三、焊接变形的认识与分析

本台机组是500MW超临界机组，这样大容量高参数机组在国内是第一台。锅炉在组合时，水 冷壁共分解成52个组件，带有此类接缝的组件共30个。这些组件中，三个回路的144根管，截距 48mm，总宽度6912mm；四个回路192根管，总宽度9216mm；还有五个回路的等等GB∕T 38120-2019标准下载，形式各样。虽 然形式多，可是有一个总特点，即在焊接结构上相当于一个整体的大面积的刚度较美的萌折结均

（1）焊口部位的原始偏折方向（绝对无偏折是没有的）。 （2）水平放置的水冷壁两组合支架间距造成一定的自然下挠。 正因为如此，变形组件中下挠变形的较为多见；只要一开始变形，随着焊接进程变形就向一个 方面逐渐增加，什么措施也没法让它向反方向变化。 2.焊接变形的原因分析 焊接变形的形成均是由焊接收缩应力造成的，这个应力的方向和形成焊接变形的类型，是分析 和解决问题的根本方法。 一般讲，形成结构弯曲变形有三种基本方式。 （1）角变形的积累 这种水冷壁鳍片厚度为6mm，间隙要求不小于1.5mm，不大于5mm，在予热的条件下，无论 先焊上面还是先焊下面，一侧焊接不会造成过大的温差，角变形的可能性很小。这已被实践所证 明，这类变形不是形成变形的原因。 （2）焊缝纵向收缩的积累 实际焊接时采用分段逆向和间跳焊接的措施，一侧焊完再焊另一侧，焊缝的纵向收缩一般是均 匀的，不会形成边部大中间小的情况。另外，在单侧焊接时，厚度3～4mm的焊缝的纵向收缩不应 当看做变形的主要形成方向，这也不是变形的原因。 （3）横向收缩应是研究的主要方向 1）组件焊口部位在宽度方向上的变形，即焊后状态与理论

除各别一点是设备制造与理论尺寸的误差外，焊接后都是使水冷壁回路的尺寸变小。 另外，我们又测量了A~B这几个三回路组件，横向总的收缩量均在30～50mm之间 2分组本形测量

在一个三回路组件焊接时，按间跳焊接的原则（见后）正好焊到每8根管完成7道缝时，留下这 道缝做为观测缝，这样组件上共留下17道缝。当其它缝的两侧和上下都焊好后，留下的这些缝的 鳍片端部与苏联制造的自动焊的端头间隙的差值，就是焊好的7道缝收缩的大致尺寸之和，数据见 表二。 由表二可以看出，各组焊缝收缩量的积累计算值与测量组件的收缩量基本一致。 通过上述测量说明，组件的变形与这样大的横向收缩的积累有关。

造成弯曲变形。 边部伸长造成失稳，这个伸长量是多少，造成多大的 2）立体几何估算分析 我们将变形140mm处用立体几何方法近似地表述 一下。也可以将图三看作图二中阴影部分的验证性说 明。 从图三看出，变形是使边部B点上拱到D点并向A 点偏移。 该部分测量尺寸如下： 原始边 BE=3450mm 拱起高度值 BD=AA'=140mm

（4）问题的分析 上面的测量说明这些鳍片焊接时横向收 缩量很大预制楼梯、阳台、雨罩及通道板安装施工工艺，但组件的边部失稳是否是由每条 鳍片焊接横向收缩积累造成的，请看以下分 析。 1）几何形状分析 如果我们把水冷壁看成一个不变形的刚 性的平板，则焊接造成的横向收缩引起的状 况应如图二。图中的右上部分表示由于收缩

引起板的移动，那么阴影部分则是由于收缩 造成这部分金属的相对伸长。如果图中的4 块板均按此方式变化，整块板焊缝处的两个 边部将承受不住这样大的压应力而造成失 稳。而组件的其它部位（图二中2）受到此作

平整水冷壁应有的位置线 图三 一 实际变形后的位置线 一近似计算用位置线

根据上述分析的结果，这种变形的控制方法就明确了。主要有两种方法，介 （一）在原苏联工艺上的改进 水冷壁上这部分工作共有三个内容，即： 1.水冷壁管的对口焊接 原苏联工艺是按回路对口，10根管为一组，每组的管端车齐，但相邻的管组长度相差0.25mm 对好后先焊间隙小的，再依次焊接间隙大的。如48根管的回路为五组，两组标准间隙，两组 +0.25mm，一组+0.5mm。如果焊接中顶死要配短节。 实际焊接时，我们使用1976年陡河日本机组的方法，一次一个回路车齐焊好，顺利完成了任 务。我们认为原苏联的方法使管长短不齐人为增加了组件的内应力，这些内应力不会在焊口时表 现出来，但如果在焊密封焊缝时表现出来则会使分析问题复杂化，所以是不可取的。 2.鳍片焊缝的焊接 这类接缝分为回路间纵缝和焊口处接缝两种，这些缝的焊接要点前面叙述过，这里只叙述与焊 接变形直接有关的焊接顺序。

（1）纵缝的焊接顺序 1）由24名焊工同时焊接。 2）都采用分段逆向法。 3）双方焊接顺序见图四，其实没有什么根本不同，但考虑开始焊接时中部不要受热集中才没 按俄方的顺序焊接。 纵缝焊接如果变形其原因是组件不能自由在组合架上滑动造成的，所以应特别注意焊前应 20

水冷壁下方垫置物去掉。焊接时先焊上面和先焊下面没关系。 （2）接口处密封焊缝的焊接 前面讨论的焊接变形主要发生在这部分焊缝上。拿一个三回 俄方顺序 甲 路组件来看，143道鳍片焊缝，厂家在每一道上留下了1.0~1.1m 方 长的焊缝，上下双面焊接再予热，这约300m焊缝大量的能量输入 以 房 很危险。 原苏联的焊接顺序如下： 图 （1）每次焊接水冷壁一面两侧焊缝中的一侧，焊完再焊另一 四 侧，一面焊好后再焊另一面。 （2）每条缝如图五分两段逆向焊接。 （3）缝的焊接顺序是控制变形的中心环节，俄方的焊接顺序如 表三所示，第四次将剩余的焊缝全部焊好。实际焊接时，按这个顺 序焊完一面的两侧焊缝时，变形一般不发生。当焊接另一面时，一 侧焊缝没焊完时，变形就开始了，发生在边部，而且随着焊接进程 安 图 越来越严重。 五 按照我们掌握的规律和分析结果，在按表三的顺序焊完后，剩 2 余的焊缝留下来，让组件在宽度上总的收缩量在这些缝上分散开， RO 使焊接变形分散在这些缝上。这样，当两面四侧焊缝全部焊好后， 再处理这些缝，使问题得到解决，也使组件的残余应力可以比较小。

焊接方向一 组件中心 +焊接方向

（3）接口处密封块的焊接 2 上述接缝焊好后自来水公司调度大楼施工组织设计.doc，再焊接图六所示的密封块。焊接要求有以下几 mon TO 点： 1）先将所有密封块点固好。 2）按表三的大顺序焊接这些密封块。 3）每个密封块的焊接顺序如图六。 4）密封块单面焊接。 图六 （二）第二种方法

这是一种增加组件刚度的方法。见[资料一。国内兄第单位在焊此尖水传坐时 密封块，再焊接鳍片缝的方法，已得到不大的焊接变形，由前述的分析可知道，这些密封块防止了水 冷壁的横向收缩，从而达到防止边部变形的目的。但从我们前面的分析看，原来应有的焊接变形己 做为残余应力存在于组件的内部了，这些应力是否会在今后的运行时，在水冷壁受热时以什么形式 释放出来，造成什么影响还是未知的，所以还是值得商椎的，也是俄国专家不成的。 总之，这种小径鳍片管制造的炉膛壁，在密封焊接的问题上应特别慎重对待。经了解，在原苏 联国内也反复地修改过几次焊接工艺导则，专家也承认发生过问题，况且他们还有几十年的运行经 验，所以，问题的解决还有待于今后的考验。但是我们的分析和做法，目前这一问题的初步解决还 是可以借鉴的。 资料一“防止超长水冷壁焊接变形的措施”（电力建设）1993年12期。