1. 概述

隨著國家環(huán)保法律法規(guī)的進一步完善和控制力度的加強， SO2排放量受到嚴(yán)格控制，國家規(guī)定新建電廠煙氣脫硫系統(tǒng)必須同步實施。近年來，煙囪作為煙氣脫硫的一個重要組成部分，采取鋼內(nèi)筒內(nèi)襯成為一種發(fā)展趨勢。

JNS耐硫酸露點鋼板作為新型火電廠煙囪內(nèi)襯專用鋼板，在山東鄒縣發(fā)電廠（2×1 000 MW）、廈門嵩嶼發(fā)電廠（2×300 MW）、福建南埔發(fā)電廠（2×300MW）及深圳發(fā)電廠（2×300MW）等多個工程的煙囪鋼套筒工程中得到了實際應(yīng)用，許多專家會同設(shè)計人員一起現(xiàn)場論證，一致認(rèn)為JNS耐硫酸露點腐蝕鋼板比以往的耐硫酸露點鋼板性能更穩(wěn)定，焊接更方便，更容易加工，使用更安全。

來自各實驗室的報告顯示：JNS耐硫酸露點腐蝕鋼板的耐酸性能也超過了過去的耐硫酸露點鋼板。對比同樣作為鋼內(nèi)筒材料的鈦-鋼復(fù)合板和耐酸膠泥砌筑耐酸磚內(nèi)筒，JNS耐硫酸露點鋼板以其價格低廉、安裝工藝簡便等優(yōu)點，逐漸成為業(yè)內(nèi)新寵，市場開發(fā)前景越來越廣闊。

中電廣西防城港電廠一期2×600MW火力發(fā)電廠工程中煙囪鋼內(nèi)筒采用JNS耐硫酸露點鋼，筒體高210m，內(nèi)直徑為6.5m。

2. 材料簡介

JNS耐硫酸露點腐蝕鋼板是一種既耐硫酸露點腐蝕又耐大氣腐蝕的鋼種，該鋼板抗腐蝕原理是通過在煙濕氣中使筒體外壁生銹，銹體在高溫條件下逐步變成附著在基體金屬上密著的鐵銹，該銹蝕層成為保護膜，阻止腐蝕性煙濕氣對基體內(nèi)部的進一步腐蝕。

材質(zhì)中Mn、Cu、Cr、Ti及Sb等合金元素抗硫酸露點腐蝕，而Cu、Cr及Sb又是三個最主要的抗大氣腐蝕元素。通過在鋼中加入Cu、Cr及Ti等合金元素使鋼在接觸硫氣體時（如排放含硫廢氣的鋼煙囪），增加對露點以下由SO3和H2O結(jié)合生成的濃硫酸耐腐蝕性能。

同時顯著提高高溫持久條件下的穩(wěn)定性，使其在較高的工作溫度條件下仍能保持穩(wěn)定的力學(xué)強度。JNS耐酸鋼的化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

各主要元素工作原理，Cu：在鋼的大氣腐蝕過程中起著活性陰極的作用，在含硫介質(zhì)腐蝕的條件下，Cu消耗電子與SO4-2離子反應(yīng)，在鋼板表面形成致密的Cu2S膜，進而隔離Fe同硫酸溶液的接觸，并且消耗周邊的SO4-2離子來抑制Fe的涌出，促進鋼產(chǎn)生陽極鈍化，從而降低鋼的腐蝕度（機理：2Cu+4H++6e-+ SO4-2→Cu2S+40H-），同時Cu在銹層中的富氧能夠改善銹層的保護性能。Ti：高溫高濃度環(huán)境下有利于抵制硫酸腐蝕。Cr：在高溫（>200℃）下可提高耐硫酸特性。S：在0.04%以內(nèi)部分可提高耐硫酸性能。

3. 焊接方法的選擇

CO2氣體保護焊是一種高效率、低成本及節(jié)省能源的焊接方法。由于存在焊縫成形不夠美觀、焊接飛濺大、熔深淺及抗風(fēng)性差等局限性，不適宜簡易的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，在以往現(xiàn)場施工中只有小范圍的使用。但在大型結(jié)構(gòu)件（焊接工作量大，而焊接位置適中：平、橫、立等位置，作業(yè)空間較大）焊接過程中，我們可以通過改善現(xiàn)場施工條件，減少不利因素，充分發(fā)揮其優(yōu)點，可以顯著提高勞動生產(chǎn)率。

本項目開工之際較原計劃已滯后四個月，導(dǎo)致工期十分緊迫。留給我們的施工期大大縮短，如鋼內(nèi)筒不能按期到頂，肯定影響整臺機組的試運和發(fā)電計劃。綜合考慮后，我們決定采用CO2氣體保護焊。

4. 焊接工藝制定

CO2氣體保護焊，直流反接，單面焊雙面成形；焊絲選擇CHW—40CNH，規(guī)格φ1.2mm；CO2氣體純度≥99.5%，焊接參數(shù)如表3所示，2G位置焊道如圖1所示，3G位置焊道如圖2所示。

圖1

圖2

5. 焊接過程

（1）焊口組對  

焊件在組對前應(yīng)將坡口表面及附近母材（內(nèi)外壁）的油、漆及垢等清理干凈，打磨出金屬光澤：坡口每側(cè)各為10～15mm。

組對時盡量做到內(nèi)壁齊平，內(nèi)壁局部錯口值≤壁厚的10%，外壁錯口值≤4mm；對口間隙保證1～3mm，對口間隙局部超差≤2mm，且總長度≤焊縫總長度的20%。

焊件定位焊：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，焊縫沿筒體周圈均勻定位焊。定位焊縫長度≥50mm，定位焊縫可熔入正式焊縫中，定位焊后應(yīng)及時檢查定位焊縫是否存在缺陷，如有缺陷應(yīng)采用磨光機打磨干凈，徹底清除后再進行焊接；如無缺陷，應(yīng)將定位焊縫兩端打磨出一定坡度，以利于焊接接頭，保證接頭熔合良好。亦可采用點固塊進行定位焊，點固塊在焊接筒體時應(yīng)用氣割割除，用磨光機打磨干凈。在割除點固塊時不得割傷母材，如發(fā)現(xiàn)割傷母材應(yīng)及時補焊，然后用磨光機打磨平整。

（2）焊接  

可同時安排4～6名焊工對稱施工，焊工應(yīng)沿筒體均勻分布，按照對稱相反方向進行焊接。

打底焊時，嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，并注意擺動范圍，既要保證焊縫熔合良好，還應(yīng)防止因焊接參數(shù)過大，打底焊時擊穿坡口或出現(xiàn)焊瘤。

層間接頭一定要錯開，焊道與焊道之間的接頭也要錯開，方便接頭同時也避免局部接頭過多，造成局部應(yīng)力集中。錯開距離10mm以上，可自行掌握。連接筒體之間的軸向焊縫應(yīng)錯開100mm以上，避免局部區(qū)域焊接接頭過于集中。

（3）注意事項  

現(xiàn)場必須做好擋風(fēng)條件，密實現(xiàn)場施工環(huán)境，但仍需保證施工內(nèi)部環(huán)境內(nèi)的換氣和空氣流通。

坡口組對時必須保證坡口角度和對口間隙，坡口角度均采用切割機地面制備，現(xiàn)場安裝時僅需局部調(diào)整；對口間隙必須保證1～3mm，對口間隙局部超差≤2mm。間隙過大容易出現(xiàn)焊瘤，而且會增加焊縫內(nèi)部出現(xiàn)質(zhì)量問題幾率；間隙太小坡口無法焊透，將增加背部清根工作量，也不利于焊槍擺動。

焊接過程中，應(yīng)注意焊縫接頭和收弧質(zhì)量，焊接接頭要熔合良好，收弧時應(yīng)將弧坑填滿。焊縫應(yīng)與母材平滑過渡，防止咬邊、未熔合及表面氣孔等缺陷。

在采用CO2氣體保護焊焊接之前，應(yīng)檢測CO2氣體純度，如氣體中水分和氮氣含量比較高，焊縫很容易出現(xiàn)氣孔缺陷。由于CO2氣體保護焊產(chǎn)生比較大的飛濺，因此，焊工在進入現(xiàn)場焊接施工前，應(yīng)將相關(guān)參數(shù)調(diào)最佳位置。特別是避免出現(xiàn)起弧和收弧過急，出現(xiàn)瞬時短路現(xiàn)象，產(chǎn)生比較大的飛濺。

6. 檢測

（1）焊縫外觀檢測  焊縫筆直，分道均勻，紋理清晰，已達到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求；除個別部位存在咬邊缺陷，其他類型表面缺陷未發(fā)現(xiàn)或很少。

（2）無損檢測  根據(jù)圖樣設(shè)計要求，筒體環(huán)縫為一級焊縫，采用超聲波檢測，檢測比例100%；立縫二級焊縫，檢測比例20%。均按比例要求進行檢測，焊口合格率達到合同規(guī)定要求。

（3）力學(xué)性能試驗   拉伸試驗：焊接位置2G，抗拉強度均值536MPa；焊接位置3G，抗拉強度均值533MPa。

彎曲試驗：焊接位置2G，背彎和面彎試驗均未發(fā)現(xiàn)缺陷；焊接位置3G，背彎和面彎試驗均符合要求。

7. 輔助措施

（1）預(yù)熱 

 由于防城港的地理位置因素，本工藝未采取焊前預(yù)熱，如此工藝在北方采用特別是冬季施工，對≥15mm厚的鋼板應(yīng)增加焊前預(yù)熱，其余厚度鋼板可適當(dāng)預(yù)熱。預(yù)熱方式采取火焰加熱，預(yù)熱溫度為100~150℃，采用烤具對焊縫區(qū)域進行烘烤?；鹧鎽?yīng)離外壁100mm以上，不得距離外壁過近。預(yù)熱寬度從對口中心線開始，每側(cè)≥100mm，并不斷沿坡口兩側(cè)整個圓周方向勻速運動，以使整個坡口均勻受熱。測溫方式可采取遠紅外測溫儀或測溫筆進行。同時還應(yīng)注意提升保持工作場所內(nèi)環(huán)境溫度≥0℃，可采取輔助加熱設(shè)施。

（2）由于鋼內(nèi)筒提升裝置采用氣壓頂升，要求鋼筒內(nèi)壁光滑平整，必須防止夾渣、焊瘤等劃破橡膠內(nèi)胎，造成氣壓泄漏，無法提升?？刹扇√沾梢r墊作為內(nèi)襯保護，此方法既保證了焊縫透度，又減少了打磨清根環(huán)節(jié)，節(jié)省大量人力物力。

8. 結(jié)語

根據(jù)JNS耐硫酸露點腐蝕鋼現(xiàn)場施工及檢測效果來看， 現(xiàn)階段CO2氣體保護焊已適宜火力發(fā)電廠現(xiàn)場施工條件，可顯著提高施工進度，大幅提高勞動生產(chǎn)率，是一項值得推薦和應(yīng)用的施工方法。施工進度在工期嚴(yán)重滯后的情況下，提前完成了施工任務(wù)，為工程建設(shè)贏得了寶貴的時間。

對于本文中介紹的JNS耐硫酸露點腐蝕鋼CO2氣體保護焊工藝，我們將在下一步的焊接施工過程中逐步推廣應(yīng)用，并不斷改進，使該工藝具有較強的現(xiàn)場可操作性和簡便性，更利于現(xiàn)場施工的應(yīng)用。

本文刊登于《金屬加工（熱加工）》2016年6期