本发明属于水冷壁修复
技术领域：
，特别涉及一种基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法。
背景技术：
：在火电站领域，锅炉一般采用膜式水冷壁结构(高度超过50米，宽度超过30米，由水冷壁管道和鳍片焊接而成)，利用煤粉的燃烧加热水冷壁中的水，通过产生的高温高压蒸汽推动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能。在机组运行过程中，水冷壁表面受到高温烟气腐蚀、表面结垢(结渣)等影响，导致水冷壁厚度减薄或表面产生裂纹，严重时发生爆管，致使机组非正常停机，严重影响机组安全运行。目前，水冷壁管道的焊接维修，一般采用换管修复的方法，利用搭建的脚手架平台或吊篮，首先进行切管，然后采用手工焊的方式完成新管与旧管的焊接，具体实施中，在锅炉内部搭设脚手架平台或吊篮，锅炉外部去除掉保温棉，切掉受损的水冷壁管道，然后在锅炉内部和外部同时将新管与旧管进行对口焊接，而且由于锅炉内部环境复杂，如水冷壁集箱或拐角附近，必须由焊工进行手工焊接。不仅耗费大量的人力、物力，而且换管焊接难度大、进度缓慢。膜式水冷壁管道很多会采用t23钢(07cr2mow2vnbb)，t23钢具有冷裂倾向和非常明显的再热裂纹倾向，对接焊时，需要进行焊前预热和焊后热处理，操作难度较大，不易实施。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法：采用手工gtaw堆焊方法，对受损管道表面堆焊镍基焊丝，从而在水冷壁含缺陷或减薄的位置实现压力边界的外延，并在局部区域制造压缩应力，抑制缺陷的扩展，镍基焊丝选用ernicr3焊丝，焊丝直径2.0mm，堆焊层厚度等于水冷壁管道的厚度，t23水冷壁手工gtaw堆焊时容易出现弧坑裂纹和焊道微裂纹；本方案中通过增加熄弧时间来消除弧坑裂纹，具体为，手工焊熄弧时间超过3s即可消除弧坑裂纹；焊道微裂纹主要为结晶裂纹，本方案在t23水冷壁管道表面手工gtaw堆焊ernicr3焊丝时，通过合理控制焊接热输入来消除焊道微裂纹，具体焊接热输入范围为4.8-9.6kj/cm，此外，本方案经过大量的工艺试验和分析，限定了用于t23水冷壁现场修复的手工gtaw堆焊的其他一些工艺参数范围：钨极伸出长度3-5mm，弧长控制范围1-3mm，电流120-150a，焊接速度70-90mm/min，电压12-15v，保护气体流量10-15l/min，层间温度控制在150℃以内。本方案提供了一种适用于t23水冷壁现场修复的手工gtaw堆焊工艺，通过增加壁厚来对带缺陷的管道进行加强，并通过堆焊在管道内侧形成所预期需要的焊接残余应力场，从而防止原缺陷的扩展和新缺陷的产生；在焊前不需要预热，焊后也不需进行热处理。避免了切管以及换管焊接时的焊前预热和焊后热处理工序，大大降低了t23水冷壁现场修复的技术难度；焊接修复工作量降低、检修时间减少；特别是通过控制熄弧参数和堆焊层的焊接热输入，避免了弧坑裂纹和焊道微裂纹的产生，可以获得高质量的堆焊层，满足t23水冷壁管道修复的需求。堆焊接头的力学性能满足标准要求，堆焊层对水冷壁管道能产生263mpa的压应力，从而防止原缺陷的扩展和新缺陷的产生。适用于内部存在缺陷或减薄管道、异种材料接头和各种泄漏密封焊缝的维修。附图说明图1为本申请中于t23水冷壁手工gtaw堆焊的示意图，图2为本申请的堆焊完成后，t23母材区域的金相显微图像照片，图3为本申请的堆焊完成后，t23母材与nicr3堆焊层熔合线及附近区域的金相显微图像照片，图4为本申请的堆焊完成后，nicr3堆焊层区域的金相显微图像照片，图5为对比实施例1堆焊完成后，nicr3堆焊层区域的金相显微图像照片，图6为对比实施例2堆焊完成后，nicr3堆焊层区域的金相显微图像照片。具体实施方式实施例1一种基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法：采用手工gtaw堆焊方法对受损管道表面堆焊焊丝，水冷壁管道的厚度为6.8mm，焊丝为ernicr3焊丝，焊丝直径2.0mm，堆焊层为3层，使堆焊层厚度基本等于水冷壁管道的厚度，操作示意图如附图1所示，堆焊操作工艺为：钨极伸出长度5mm，弧长控制范围2.5mm，电流120a，焊接速度70mm/min，电压15v，保护气体流量15l/min，层间温度控制在150℃以内，手工焊熄弧时间5s，焊接热输入值为5.6kj/cm。堆焊后的效果如附图3至4所示，在金相显微镜下观察堆焊接头各区域组织，图2中，t23母材区域为典型的回火贝氏体 回火马氏体组织，图3中，熔合线附近具有明显过渡层，结合紧密，未发现有未熔合、气孔、夹渣等缺陷，图4中，nicr3堆焊层为典型的奥氏体组织。依据gb/t228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对堆焊接头进行常温拉伸性能试验，依据gb/t4338《金属材料高温拉伸试验方法》对堆焊试样进行450℃高温拉伸性能试验，依据gb/t229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准对堆焊试样进行室温冲击试验，试验结果分别如下表所示，表1t23水冷壁镍基堆焊接头力学性能表1的结果表明水冷壁表面堆焊ernicr3焊材后，常温抗拉强度、高温屈服强度和常温冲击韧性都满足gb/t5310《高压锅炉用无缝钢管》标准中对于t23管道的性能要求。不仅需要堆焊修复，而且为了在水冷壁含缺陷或减薄的位置实现压力边界的外延，并在局部区域制造压缩应力，抑制缺陷的扩展，还需要满足强度等力学性能(常温拉伸、高温拉伸和冲击韧性)设计要求(即上述检测)；并且需要进行焊道布置设计：即最终镍基堆焊层厚度堆多厚，对此，首先进行模拟强度计算，得出表面堆焊层产生的压应力不得少于250mpa，然后通过残余应力测试，得出t23水冷壁现场修复的手工gtaw堆焊层需要3层：依据gb/t31310-2014《金属材料残余应力测定钻孔应变法》标准，采用小孔释放法(盲孔法)，测量各镍基堆焊层的残余应力，如下表所示，全部为压应力，最终镍基堆焊层对水冷壁管道产生了不少于250mpa的压应力，从而防止原缺陷的扩展和新缺陷的产生。表2t23水冷壁各镍基堆焊层表面的残余应力堆焊层残余应力，mpa第1层(打底层)-203.0第2层(填充层)-247.0第3层(盖面层)-263.0实施例2增加堆焊层厚度至堆焊层为5层，其余工艺操作均同实施例1。堆焊完成后依据gb/t31310-2014《金属材料残余应力测定钻孔应变法》标准，采用小孔释放法(盲孔法)，测量新增的镍基堆焊层的残余应力，如表3所示：表3堆焊层残余应力，mpa第4层-268.0第5层-271.0可见，在堆焊层厚度基本达到水冷壁管道厚度的情况下(本申请中为三层堆焊层)，再继续增加堆焊层厚度，对水冷壁管道的压应力贡献也十分有限了。因此本方案中的三层堆焊层(或者说将堆焊层厚度控制为基本等于水冷壁管道厚度)最为合理。对比实施例1将焊接热输入值调整为4.5kj/cm，其余工艺操作均同实施例1。堆焊后在金相显微镜下观察nicr3堆焊层区域的组织形貌，如附图5所示，出现了明显的微裂纹现象。对比实施例2将焊接热输入值调整为10kj/cm，其余工艺操作均同实施例1。堆焊后在金相显微镜下观察nicr3堆焊层区域的组织形貌，如附图6所示，出现了明显的微裂纹现象。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：所述的修复方法为，采用手工gtaw堆焊方法，对受损管道表面堆焊焊丝。
2.如权利要求1所述的基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：所述的焊丝为ernicr3焊丝，焊丝直径2.0mm。
3.如权利要求1所述的基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：堆焊层厚度等于水冷壁管道的厚度。
4.如权利要求1所述的基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：堆焊时，手工焊熄弧时间超过3s。
5.如权利要求1所述的基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：堆焊时，焊接热输入范围为4.8-9.6kj/cm。
6.如权利要求1所述的基于堆焊技术的t23水冷壁现场修复方法，其特征在于：堆焊时，钨极伸出长度3-5mm，弧长控制范围1-3mm，电流120-150a，焊接速度70-90mm/min，电压12-15v，保护气体流量10-15l/min，层间温度控制在150℃以内。
技术总结本发明属于水冷壁修复技术领域，特别涉及一种基于堆焊技术的T23水冷壁现场修复方法，通过增加壁厚来对带缺陷的管道进行加强，并通过堆焊在管道内侧形成所预期需要的焊接残余应力场，从而防止原缺陷的扩展和新缺陷的产生；在焊前不需要预热，焊后也不需进行热处理。
技术研发人员：石祥文;鲁立;丁永三;杨佳;黄俊;徐忠峰;吕一仕
受保护的技术使用者：国家能源集团谏壁发电厂;苏州热工研究院有限公司
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2021.03.12
