CN104722938A - 筒体缺陷焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够提高一次补焊成功率，力求避免内壁补焊的筒体缺陷焊接修复方法，补焊时，将筒体补焊区域调整到十点到十一点或一点到二点方位，再沿靠近筒体内侧的焊根处开始施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形；然后保持“U”形状截面，由内到外逐层补焊完成。每一“U”形截面层施焊时，焊道都必须由筒体的圆周方向壁厚处向中心对称周圈叠加，每一周圈焊道分两个半圈沿筒体圆周方向爬坡施焊完成，能有效降低焊趾处的应力集中系数，减小焊接收缩应力，改变焊趾处的受力方向，从而有效避免了修复过程中的反复开裂和垫板去除后的补焊工作，本方法尤其适合于壁厚在70mm以上的筒体的缺陷修复。

Description

筒体缺陷焊接修复方法

技术领域

本发明涉及焊接修复领域，尤其是一种具有较大壁厚的筒体在手动或自动焊接后的缺陷修复方法。

背景技术

目前，集箱是电站锅炉的重要部件之一，一般由筒体、端盖、过渡管、管座、耳板等组成。集箱筒体一般都是采用大口径无缝钢管来制造，由于集箱筒体较长，实际生产中免不了都要进行筒体长度拼接，也就要进行拼接焊缝的焊接。为了确保焊接质量，提高焊接效率，在选择集箱筒体焊接方法的时候主要以“埋弧焊”这种优质高效的焊接方法为主，尽管如此，实际生产中仍然难免会产生一些焊接缺陷，需要进行修复处理。随着锅炉等级和参数的不断提高，不仅集箱筒体逐渐呈现出直径变大、壁厚变厚的特点，而且，材料等级也不断提高。因此，集箱筒体拼缝的焊接难度不断加大，不仅产生焊接缺陷的几率有所增大，而且，产生缺陷的修复难度也不断增大。

筒体拼接环缝局部，在自动焊接后可能存在超标缺陷，需要进行局部修复处理。这些缺陷一般是经由无损检测发现的。由于缺陷有一定的长度和宽度，且深度不一，要彻底清除缺陷，厚度方向可能会挖穿，形成一个狭长形的销形孔，单面焊无法确保背面焊接质量，然而，集箱这样的部件，其内径较小，而且焊前预热温度一般要到200℃以上，内壁无法施焊，因此，修复难度很大。

对于这样的缺陷，现有的焊缝修复方法只能采用内加垫板、外壁补焊的方式。但是，在实际修复补焊过程中发现，补焊区域长度方向一侧坡口面焊趾处，即垫板与筒体结合处，容易产生裂纹，打磨消除裂纹后再次进行施焊，仍然发现裂纹。因此，需要分析裂纹产生的原因，并进而对其进行处理。

发明内容

为了克服现有的厚壁筒体焊缝缺陷反复补焊，反复出现焊缝缺陷的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高一次补焊成功率、尽力避免内壁反复补焊的筒体缺陷焊接修复方法。

发明人通过分析发现，厚壁筒体焊缝补焊仍产生裂纹的主要原因有：第一，筒体直径大，壁厚厚，补焊坡口深度深，往往贯穿整个壁厚，需要加装垫板，局部修复焊接拘束度很大；第二，垫板与筒体内壁切合不实，间隙较大，而且垫板与筒体壁厚相差很大，热应力差别较大；第三，补焊区域长度方向坡口面角度较小，焊趾处应力集中系数较大，容易产生应力集中；第四，采用常规的施焊顺序及焊道排布方式，焊接收缩应力较大，而且，裂纹主要产生在最后施焊一侧坡口面的焊趾处，与焊道的排布有一定的关系。因此，需要根据以上分析，制定有针对性的控制措施，才能保证焊接质量，提高修复一次合格率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：筒体缺陷焊接修复方法，依次包括以下步骤：无损检查确定缺陷区域，清除缺陷，加工筒体补焊区域坡口，对坡口进行探伤检查，预热补焊区域，实施补焊，补焊区域进行探伤检查，补焊时，先将筒体补焊区域调整到十点到十一点或一点到二点方位，再由靠近筒体内侧的焊根处开始施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形；然后保持“U”形状截面，沿筒体的径向由内到外逐层补焊完成，每一“U”形截面层施焊时，该层的各条焊道均由筒体的圆周方向壁厚处向中心对称周圈叠加，每一周圈焊道分两个半圈施焊完成。

在筒体壁厚方向，缺陷区域呈现贯穿状态，在筒体壁厚方向，缺陷区域呈现贯穿状态，则在补焊区域预热后，在筒体内壁装点可封闭贯穿孔的垫板，垫板采用与筒体内径匹配的弧面板，并使垫板与筒体内壁间预留3～5mm间隙，补焊开始时，先沿垫板与筒体内壁接合处施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形。

在加工筒体缺陷区域坡口时，将筒体贯穿孔内侧倒角成5×5mm。

所述弧面板采用与筒体相同的材质，而且，采用与缺陷补焊相同的焊材，对弧面板补焊一侧施焊堆焊层，堆焊层厚度不小于5mm，并对堆焊层进行探伤检查，确保无缺陷。

垫板与筒体壁厚接合处施焊时，先周圈封焊一层，并填充至少三层，每层按45度方向施焊，每一周圈焊道分两个半圈沿筒体圆周方向爬坡施焊完成。

预热时，采用电加热器对补焊区域筒体周圈加热，加热长度以补焊区域为中心并沿筒体轴向向两端各延伸不小于300mm，预热温度在筒体材质常规施焊预热温度的基础上提高50～100℃，预热到温后至少保温一小时。

每一圈焊道分为两个半圈爬坡施焊，大致沿其长度方向剖分，且相邻两圈焊道的剖分点之间相互错开。

本发明的有益效果是：通过采用合理的施焊顺序及焊道布置方式，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形，并保持“U”形状截面，沿径向由内到外逐层补焊完成，降低焊趾处的应力集中系数，改变焊趾处的受力方向，在有垫板时也能增加垫板与筒体壁厚结合处焊缝金属的强度，增加抵抗开裂应力的能力；采用分两个半圈由外到内对称施焊的方法，减小焊接收缩应力，从而避免了修复时的反复开裂，提高修复一次合格率，本发明尤其适合于锅炉及压力容器等壁厚一般在70mm以上的厚壁筒体纵缝、环缝以及筒体与接管连接焊缝缺陷的修复处理，也适合于筒体铸造缺陷的修复。

附图说明

图1是筒体局部坡口的示意图。

图2是图1的A－A剖面图。

图3是对图1所述坡口进行补焊的焊道布置及施焊方向的示意图。

图4是筒体的补焊区域调整到一点到二点方位的示意图。

图5是焊道叠加顺序的示意图（图3的C－C方向）。

图6是焊道叠加顺序的示意图（图3的D－D方向）。

图7是坡口逐渐被补焊填充的过程示意图（部分已经补焊部分的焊道省略未画）。

图中标记为：1－筒体，2－垫板，3－焊点，4－焊道，5－第一道焊道，6－第二道焊道，7－已经补焊部分，8－缺陷区域坡口，9－未补焊部分，10－剖分点，11－贯穿孔，12－“U”形截面层，13-筒体支承，14－坡口第一层焊道，24－坡口第二层焊道，34－坡口第三层焊道，44－坡口第四层焊道，41－焊道左侧部分，42－焊道右侧部分，F－每一层焊道的叠加方向，L－左侧焊道施焊方向，R－右侧焊道施焊方向，G－筒体的圆周方向，K－焊道的长度方向，α－坡口角度，δ－筒体壁厚，N－外延宽度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图7所示，本发明的筒体缺陷焊接修复方法依次包括以下步骤：无损检查确定缺陷区域，清除缺陷，加工筒体缺陷区域坡口形成补焊区域，对坡口进行MT或PT探伤检查，预热补焊区域，实施补焊，补焊区域进行UT或RT+MT或PT探伤检查，补焊时，先将筒体1的补焊区域调整到十点到十一点方位，从另一相反视向看则为一点到二点方位，再由靠近筒体1内侧的焊根处开始施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形，每层焊过后继续保持为“U”形状截面施焊，使筒体壁厚与焊缝金属之间能够圆滑过渡，而且，每一“U”形截面层12的各条焊道4都必须由筒体1的圆周方向壁厚处向中心对称周圈叠加，每一周圈焊道分两个半圈施焊，直到沿筒体的径向由内到外逐层补焊完成，可降低焊趾处的应力集中系数，改变焊趾处的受力方向，减小焊接收缩应力，从而有效降低了焊趾处开裂的发生概率。

若在筒体壁厚方向，筒体缺陷区域呈现贯穿状态，则在加工坡口时，将筒体贯穿孔内侧应倒角成5×5mm，增加垫板与筒体壁厚结合处焊缝金属的强度，并在补焊区域预热后，在筒体内壁一侧装焊可封闭贯穿孔11的垫板2，垫板采用与筒体内径匹配的弧面板，补焊开始时先沿垫板与筒体壁厚接合处施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形，再按前述焊接要求补焊完成。有利于降低焊趾处的应力集中系数，改变焊趾处的受力方向，减小焊接收缩应力，从而增加抵抗开裂应力的能力，有效降低了加垫板情形下焊缝根部以及焊趾处开裂的发生概率。

焊接预热时，采用电加热器对补焊区域筒体周圈加热，加热长度以补焊区域为中心，沿筒体1轴向向两端各延伸不小于300mm，预热温度在筒体材质常规施焊预热温度的基础上提高50～100℃，预热到温后至少保温一小时，确保加热均匀。有利于降低补焊区域的拘束度，降低冷却速度以及焊接应力，从而降低裂纹的发生率。

每一圈焊道4分为两个半圈爬坡施焊，大致沿其长度方向K剖分，且相邻两圈焊道的剖分点10之间相互错开，有利于层间以及侧壁处熔合，不产生夹渣缺陷，避免产生夹渣起弧点和收弧点重叠，确保焊接质量。

实施例：

如图1～图7所示，某工程锅炉高温再热器集箱，筒体1的环缝探伤检查时局部发现超标缺陷，原相同产品出现类似缺陷，按常规方法进行补焊，一次修复成功率仅为30%，且每处缺陷往往要反复补焊2～3次才能成功，费时费力。采用本发明的筒体缺陷焊接修复方法，进行修复，其主要工序如下：

1)        超声波检查准确定位并标记缺陷区域的长度、宽度及深度位置；

2)        采用机加工的方式清除缺陷，形成贯穿孔10，并进行100%MT或PT探伤检查，确保缺陷清除干净；

3)        机加工完成缺陷区域坡口8，并将筒体贯穿孔内侧倒角成5×5mm，以利于后续施焊；

4)        预热时，采用电加热器对补焊区域筒体周圈加热，加热长度以补焊区域为中心并沿筒体轴向向两端延伸各不小于300mm，预热温度在筒体材质常规施焊预热温度的基础上提高50～100℃，预热到温后至少保温一小时。

5)        如图1、图2、图3所示，在筒体1内壁修复区域装焊垫板2，垫板2采用与筒体内径匹配的弧面板，弧面板相对于贯穿孔10的外延宽度N≥10mm，弧面板应采用与筒体相同的材质，而且，应采用与缺陷补焊相同的焊材，对弧面板补焊一侧堆焊一层，垫板2与筒体壁厚接合处施焊时，先周圈封焊一层，并填充至少三层，每层按45度方向施焊，每一周圈焊道分两个半圈沿筒体圆周方向爬坡施焊完成，堆焊层厚度不小于5mm，并对堆焊层进行100%MT或PT探伤检查，确保无缺陷。

6)        将筒体的补焊区域调整到一点到二点方位，实施补焊，补焊时先沿垫板与筒体壁厚接合处3先封焊一层，再填充至少三层，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形，并保持“U”形状截面，沿径向由内到外逐层补焊完成。每一“U”形截面层施焊时，焊道4都必须由筒体的圆周方向壁厚处向中心对称周圈叠加，每一周圈焊道分两个半圈爬坡施焊，且大致沿其长度方向K剖分，且相邻两圈焊道的剖分点10之间相互错开，如图5和图6所示。

7)         打磨去除垫板2，并打磨清理补焊区域；

8)         补焊区域进行100%UT或RT+100%MT或PT检查。

按本发明方法完成一批产品约5处缺陷的修复，一次修复成功率达100%，没有出现反复开裂补焊问题。

Claims (7)

1. 筒体缺陷焊接修复方法，依次包括以下步骤：无损检查确定缺陷区域，清除缺陷，加工筒体缺陷区域坡口形成补焊区域，对坡口进行探伤检查，预热补焊区域，实施补焊，补焊区域进行探伤检查，其特征是：补焊时，先将筒体（1）的补焊区域调整到十点到十一点或一点到二点方位，再由靠近筒体（1）内侧的焊根处开始施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形；然后保持“U”形状截面，沿筒体的径向由内到外逐层补焊完成，每一“U”形截面层（12）施焊时，该层的各条焊道（4）均由筒体的圆周方向壁厚处向中心对称周圈叠加，每一周圈焊道分两个半圈施焊完成。

2.如权利要求1所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：在筒体壁厚方向，缺陷区域呈现贯穿状态，则在补焊区域预热后，在筒体（1）内壁装点可封闭贯穿孔（11）的垫板（2），垫板（2）采用与筒体内径匹配的弧面板，并使垫板（2）与筒体（1）内壁间预留3～5mm间隙，补焊开始时，先沿垫板（2）与筒体内壁接合处施焊，使得未补焊区域在筒体横截面上的投影区域大致呈U形。

3.如权利要求2所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：在加工筒体缺陷区域坡口时，将筒体贯穿孔（11）内侧应倒角成5×5mm。

4.如权利要求2或3所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：所述弧面板采用与筒体相同的材质，而且，采用与缺陷补焊相同的焊材，对弧面板补焊一侧施焊堆焊层，堆焊层厚度不小于5mm，并对堆焊层进行探伤检查，确保无缺陷。

5.如权利要求2或3所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：垫板（2）与筒体壁厚接合处施焊时，先周圈封焊一层，并填充至少三层，每层按45度方向施焊，每一周圈焊道分两个半圈沿筒体圆周方向爬坡施焊完成。

6.如权利要求1、2或3所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：预热时，采用电加热器对补焊区域筒体周圈加热，加热长度以补焊区域为中心并沿筒体轴向向两端各延伸不小于300mm，预热温度在筒体材质常规施焊预热温度的基础上提高50～100℃，预热到温后至少保温一小时。

7.如权利要求1或2所述的筒体缺陷焊接修复方法，其特征是：每一圈焊道（4）分为两个半圈爬坡施焊，大致沿其长度方向（K）剖分，且相邻两圈焊道的剖分点（10）之间相互错开。