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李治发
(华能珞璜电厂，重庆市402283)
摘 要：对某电厂球磨机筒体多处出现裂纹进行简单的原因分析，重点阐述裂纹修复过程中的有关技术要求及措施，对其它电厂出现的类似问题起借鉴作用。
关键词：磨煤机；筒体；无损检测；电弧气刨
1基本情况
某厂制粉系统采用筒型球磨、中间仓储式，其中干燥介质为热烟气，调温介质为热二次风和冷风，排粉机出口的乏气，一部分进入球磨机出口进行再循环，另一部分经乏气风机作为乏气送入炉膛燃烧。而磨煤机是电站锅炉制粉系统的重要设备之一，通过撞击、挤压、研磨或破碎等方法将煤磨制成粉，从而为电厂锅炉燃烧提供必需的燃料。由于其应用的设备庞大，一旦出现问题， 如果不进行修复而直接更换，将给电厂带来巨大的经济损失。 以某厂磨煤机筒体裂纹的修复为例， 总结出此类大型结构的焊接修复经验。
检修职工于2001年6月上旬在拧紧一台磨煤机钢瓦螺栓的过程中，发现筒体人孔门法兰上存在一条裂纹，经打磨并用超声波探伤检测，发现该裂纹已延伸到筒体上并已裂穿，裂纹与滚筒中心轴大约成45°，长度为500 mm，如图1所示。于同年12月在同一锅炉的另一台磨煤机筒体人孔门上存在两条裂纹，裂纹走向与前次基本相同。只是长度分别为230 mm，和170 mm。由于该部件体积大、筒体厚度大，给修复工作带来了一定难度。但通过制定严格的工艺方案和施工措施，不仅保证了焊缝本身的质量，而且确保了焊后工件不变形，不影响其使用。
2有关技术规范
该厂磨煤机是由法国阿尔斯通公司提供，于1992年初投入运行。其主要技术参数为：
型号：BBI14084滚筒磨煤机
转速：14.1 r/min
直径：4 030 mm
长度：8 620 mm
最大载球量：157 t
钢瓦重：约55 t
筒体重：约72 t
球磨机筒体材质为法国钢号E28.2(相当于国内16 Mn)，筒体厚度δ＝40 mm。
3原因分析
首先从磨煤机的受力来看，筒体不仅受到内部钢球的冲击，还受到自身、煤粉和钢球等重力的作用；其次从筒体上人孔的结构来看，该人孔呈长方形，本来开孔处是应力集中的地方，尤其是长方形的四个角上应力集中系数相当大，开孔的形状可以改变应力分布；另外在该人孔上还焊接有人孔盖的法兰，其形状也为长方形，且四周焊死，此处受到的拘束度也非常大。综合以上几个因素，产生裂纹的根本原因是人孔门的结构形式。
4焊接修复技术措施
4.1焊前准备
将磨煤机筒体内煤粉和钢球全部放干净，并拆除裂纹附近的所有钢瓦，保证裂纹周围无障碍；将磨煤机大罐的裂纹处转动到基本水平位置，一方面减少应力，另一方面利于施焊；打磨裂纹周围直至露出金属光泽，并用着色探伤方法确定裂纹末端位置；用ø12 mm的钻头在离裂纹末端15 mm处钻止裂孔；在磨煤机筒体的下部中间制作两个支撑或用千斤顶增加两个支点，尽可能减少附加应力。
4.2坡口制备
根据裂纹走向用碳弧气刨开双面V型(即X形)坡口，坡口尺寸示意图如图2所示。并用着色探伤确认内外坡口及其两侧无裂纹存在。
4.3焊条烘制
补焊采用手工电弧焊的方法，选用E5015(结507)焊条，直径分别为ø2.5 mm和ø3.2 mm。采用前在烘箱内于350 ℃烘焙2 h，并装入温度保持在100 ℃的专用保温箱内，以便随取随用。
4.4焊接工艺规范要求
尽管E28.2材料的可焊性良好，但由于筒体较厚，滚筒较大，按照我国有关标准或规范，应该进行焊后热处理。然而由于现场条件的限制，焊后无法进行整体热处理，因此无论是焊前、焊接过程中、还是焊后都必须采取适当手段或必要措施以保证焊接时的应力达到较小。具体要求如下：
1) 焊前在确认裂纹全部挖完后，用氧乙炔火焰将焊缝及其周围区域预热到150～180 ℃，并用便携式远红外测温仪或测温笔进行温度监测。
2) 焊接操作。为了在整个焊接过程中使输入筒体的热量尽量减少，焊接时使用小规范，即短段多层多道焊，因为短段多层多道焊对焊缝金属和热影响区组织都具有更好的改善作用。因此在施焊时选用了较小直径(ø2.5 mm和ø3.2 mm)的焊条进行多层多道焊，规定运条宽度不得超过10 mm，且焊道的单层厚度控制在4 mm以下。
施焊时采用双人对焊，但两人不能同时焊接。一个人在滚筒外，而另外一人在滚筒内，两人进行交叉焊接。
打底焊时，用ø2.5 mm的焊条施焊。由于系双面焊接，第一层(道)焊完后必须采用角磨砂轮机清理焊缝根部，并用冲击电钻挤压两面将其打毛，以保证焊接质量。
焊每层之前，先测试焊缝及其附近金属表面温度，确认温度在预热温度范围内，同时在层与层之间或道与道之间保证温度在280 ℃以下，一旦发现温度过高，立即停止焊接。
在焊接过程中用榔头或尖嘴锤均匀地敲打另外一侧的焊缝及其热影响区，以便减少焊缝的收缩应力。
每焊完一层后用风镐或冲击电钻打击焊缝数分钟以上，使已焊焊道产生表面变形，以消除应力。
最后盖面焊时，可以焊高一些，焊缝余高控制在2 mm内为宜。补焊完毕后，将表面焊层打磨掉一部分。
焊完后采用用螺栓封堵的方法对止裂孔进行处理。
4.5后热处理
焊后并在打磨前立即用火焰加热的方式使焊缝及其热影响区的温度保持在250 ℃，时间维持半小时，然后用保温材料保温缓冷。
4.6焊后检验
由于筒体补焊后内部需安装钢瓦，外部需安装人孔盖，而且不能漏粉。因此密封性要好，焊缝必须打磨成与筒体相平。待缓慢冷却到室温并打磨达到要求后进行无损检测。
用着色探伤检查焊缝及其热影响区有无表面裂纹或开放性气孔等危险性缺陷。
用超声波探伤检查焊缝内部层与层之间、道与道之间或根部有无裂纹、未熔合或其它超标缺陷。
经过上述检验，焊缝合格。
5分析与讨论
由于该部件的结构特点以及现场条件的限制，在焊接工作完成后又不进行热处理。因此，主要从以下几个方面来减少焊接热应力和附加应力，从而保证焊缝质量。
1) 裂纹清除时用电弧气刨的方法，使焊缝宽度尽量减小，这样填充金属也就相对少些。
2) 焊前预热温度为150～180 ℃，比规范要求的略高，这样更有利于减少焊接时的温度应力。
3) 在滚筒下部增加两个支点，以减少焊接时的附加应力。
4) 焊接时使用小规范，使输入的线能量保证在较小水平。如焊条的选用、多层多道以及对运条宽度的限制等。
5) 焊后的热处理，以进一步减少温度应力。
6结论
1) 通过施工前的精心准备、施焊过程中工艺的严格控制、施工后的认真检查，最后经无损探伤其质量是合格的，达到了预期的效果。
2) 这一次的成功，为今后遇到类似问题积累了经验。同时也可以将这一成功工艺推荐给有关电厂，避免出现类似问题因处理不当而造成的经济损失。
参考文献
［1］束德林主编.金属力学性能［M］.北京：机械工业出版社，1994
［2］《电力建设施工及验收技术规范》(火力发电厂焊接篇).北京：水利电力出版社，1992
［3］张文钺.金属熔焊原理及工艺［M］.北京：机械工业出版社，1988
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