| 引言
随着我国电力建设事业的高速发展，大容量机组大量投入运行，相应的大功率、高参数的锅炉的运行自然而然成为火电建设安全生产的重点。锅炉受热面的安装以及运行过程安全问题也就成了关注的焦点之一，其中水冷壁是锅炉的主要蒸发受热面，其外部受到炉膛内火焰及高温烟气辐射等传热，内部有高温压汽水混合物，工作条件较苛刻，无论是烟气侧还是水汽侧的不可预期因素，都可能造成水冷壁管失效引起事故，不仅会使锅炉停运，造成较大的经济损失，还可能造成人员伤亡。因此炉膛水冷壁的安全、可靠运行，对整台锅炉的安全、经济运行，具有十分重要的意义。
1 水冷壁危险性产生的原因
水冷壁实质是完成一个热交换的过程，锅炉水经水冷壁管吸收管外炉膛辐射热和对流热的传热过程，若管内水不能及时将炉膛火焰传给管壁的热量吸收并带走，则出现管壁过热损坏。因此，水冷壁危险性产生的原因可以总结为以下几点：
1.1水循环问题：管道污垢堵塞、除垢不及时，燃烧中心偏移严重；
1.2水位问题：缺水造成壁温超标；
1.3材质问题：管子材质使用不合理不能满足设计和工作要求；
1.4质检人员未及时发现安全隐患：焊接质量、焊条的使用以及外观检查、无损理化检验等未达到指定要求；
1.5受热面磨损、结构故障等引起的应力集中导致危险。
在电站锅炉安装过程中，水冷壁的安装需要在建造现场进行。现场组对焊接也就成了安装工作的重点。因此，为保证水冷壁的安全运行，现场焊接质量的保证以及质检人员的及时监控显得尤为重要。
2 水冷壁焊接危害性缺陷的产生原因及预防措施
焊接缺陷对锅炉压力容器安全的影响主要表现 在三个方面。一是由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了静力拉伸强度。二是由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现象，容易产生裂纹并扩展。三是缺陷可能穿透管壁，发生泄漏，影响致密性。
电站锅炉的水冷壁部件一般选用能满足性能要求的低合金钢，选择GTAW或者GTAW+SMAW来完成焊接。根据水冷壁焊接特点以及对射线检验底片的观察，发现其产生的主要焊接缺陷有气孔、未熔合、裂纹。
针对体积性缺陷，无损检测方法中的射线检测能很清晰的反映出其缺陷的大体形状和大小。其他检测方法检测效果不如射线检测。
针对面积性缺陷，无损检测方法中一般应用超声和射线检测方法。超声检测的检出率要比射线检测高，但是超声检测的直观显示能力明显不如射线检测，而且超声检测在薄壁管检测方面也不如射线检测。针对水冷壁，磁粉检测对裂纹检出能力比较强，但其在检测空间和检测对象的表面状态方面，影响了磁粉检测的效果。位置困难，让检验员容易疲劳；光线不好，容易漏检；鳍片和管子相拼的位置因磁力线较弱而容易漏检；超声波检测对于垂直于焊缝方向的裂纹较难发现且由于水冷壁管件规格与形状位置等的限制，使得超声检测可操作范围小。所以，在对水冷壁安装焊缝裂纹缺陷检测时，一般必须在焊接鳍片之前选用射线检测，其对缺陷的检出率有一定的保证，厚壁管射线探伤时要严格限制椭圆开口宽度，必要时辅以超声检测和渗透检测。
2.1 气孔
气孔的产生受工艺因素和冶金因素的影响，是一种体积型缺陷。它对焊缝强度的影响主要是减少了受力截面，深气孔(针孔)有时会破坏焊缝的致密性。对于水冷壁小口径焊口，起弧点温度较低、冷却快，又由于坡口小、焊速快，收弧点输入热量相对较少，同样冷却快，于是熔池金属的粘度急剧增加，使气泡上浮速度大大减小，焊缝中的气泡来不及逸出而残存在内部形成气孔。除冶金过程产生的气体外，还有药皮保护效果差，也易在焊缝中混入气体形成气孔。气孔在射线检验底片上的图像见图1～图3。
根据无损检测执行标准及验收标准，大气孔、深孔以及密集型气孔应避免。预防产生气孔应注意以下两方面：
（1）在焊接工艺满足要求的情况下，GTAW焊接气孔的产生很大程度上都与气体保护和管件表面状态有关，当然也与焊工的技能水平、质量意识等有关。因此，现场操作、挡风、挡雨措施以及管件表面清理工作一定要加强；
（2）SWAM盖面层气孔的产生，在排除了由工艺、管件表面状态等带来的影响之后，往往是由于收弧、引弧不当造成的，因此，焊工应在焊接运条、引弧和收弧操作方面加强训练。
2.2 未熔合
未熔合是一种面积型缺陷，主要受工艺因素以及坡口表面状态影响。坡口未熔合和根部未熔合都会减小承载截面积，产生应力集中，其危害性仅次于裂纹。
电站锅炉一般采用膜式水冷壁，它是用鳍片管组焊而成的大片，在安装施工中一般先在现场地面水平预制组焊成整体，再吊装就位。预制采用GTAW封底加SMAW盖面或全GTAW的工艺进行。
焊缝经射线探伤检查一次合格率比较高，但在所发现的焊接缺陷中，有相当一部分未熔合缺陷。未熔合的危害性大，焊缝中不允许存在。其未熔合图像见图4～图5。
图4 未熔合缺陷
焊口规格/材质：28.6*5.8/15CrMoG
当焊工技能、焊接参数等能够满足焊接质量要求时，水冷壁管件焊接未熔合缺陷的出现与现场组对有着不可分隔的关系。 主要表现在以下几方面：
（1）膜式水冷壁两根单管之间的间隙小，妨碍了焊工的焊接操作，因此起弧、收弧位置容易产生未熔合缺陷；
（2）膜式水冷壁在现场组对上存在很大的困难，管件周围壁厚不等、组对间隙不一致以及焊接变形引起的间隙缩小等影响现场施焊，从而产生未熔合缺陷；
（3）厂家供管变形，组对焊接时因强行对口而出现错口现象，增大未熔合缺陷产生的可能性；
（4) 由于外观检查不仔细，坡口或焊道口有氧化皮、熔渣及氧化物等高熔点物质；
图5 未熔合缺陷
焊口规格/材质：28.6*5.8/15CrMoG
因此，现场水冷壁组对时，应认真校验焊口进行必要矫正，认真进行外观检查，合理布置焊接顺序，同时在采用GTAW焊接时，为避免因两管之间间隙小带来的施焊影响，可以采用细钨极，由两名焊工配合施焊，其中一位负责焊丝的填送，这样可以有效减少未熔合的产生。
2.3 裂纹
裂纹也是一种面积型缺陷，主要受工艺因素以及工作条件影响。其将显著减少承载截面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏，是焊接缺陷中危害性******的一种。裂纹可能发生在焊接接头的任何部位，包括焊缝和热影响区。
裂纹在底片上显示的图像见图6～图7。
图6 裂纹缺陷
焊口规格/材质：28.6*5.8/15CrMoG
图中，材料材质为15CrMoG，其焊接淬硬性大，产生冷裂纹倾向较大。焊接裂纹的产生因素有多种，在射线检测时，发现该焊道的其他焊口并没有裂纹产生。据此，可以分析由于焊接工艺或焊接材料使用的不当而造成的可能性不大，而且其一般产生的是冷裂纹的可能性较大。裂纹产生的最主要原因应是焊接应力的作用，从底片上可以看出裂纹出现的位置都在6点或12点位置且基本垂直于焊缝，因而可以分析是引弧或者收弧不当在焊接残余应力的作用下而产生的横向裂纹。因此，笔者认为在工艺以及焊接材料选用得当的前提下，结合锅炉安装现场实际为防止裂纹产生应该做到以下两点：
（1）焊工不宜在疲劳状态下焊接，同时加强运
条以及引弧、收弧训练，若发现有弧坑裂纹存在 时应打磨掉重新焊接；
图7 裂纹缺陷
焊口规格/材质：28.6*5.8/15CrMoG
（2）同样如2.2中提到的，尽量避免强制对口，强力对口使得密封焊缝处于强大的预应力状况。
2.4 建议
2.4.1加强现场理化检验力度，确保水冷壁母材及焊缝材质满足要求，确保现场焊材使用得当；
2.4.2努力构建良好的现场焊接环境，如：挡风、挡雨设施，焊接电源配置，焊接人员分配等；
2.4.3制定出合理的焊接工艺，减少由于焊接工艺不当带来的影响；
3.4.4认真做好外观检查，严禁焊缝宽度和余高超标，清除由于焊接带来的飞溅等表面缺陷，对打磨时出现的凹坑、划伤等要采取及时的补救措施；同时对由于对口带来的错口和焊接带来的焊接变形进行矫正或者及时更换管件；
2.4.5及时进行无损检测，在满足检验规程比例的前提下，可采取多种检测方法相结合的方式确保能及时准确发现焊接缺陷以及管子内部的异物、堵塞等；
2.4.6对无损检测发现的超标焊接缺陷及时进行返修处理，并采取适当的避免措施。
3 结论
3.1根据水冷壁焊接特点以及长期射线检验经验，电站锅炉的水冷壁的主要焊接缺陷为气孔、未熔合和裂纹。
3.2水冷壁焊口口径及坡口尺寸较小，起弧点温度较低，收弧点输入热量相对较少造成冷却速度快，熔池内气体不易溢出形成气孔。现场操作、挡风、挡雨措施以及管件表面清理工作一定要加强；引弧和收弧操作方面加强训练。
3.3膜式水冷壁两根单管之间的间隙小，管件周围壁厚不等，坡口或焊道口有氧化皮、熔渣及氧化物等原因造成焊接困难易形成未熔合。焊口进行必要矫正，为避免因两管之间间隙小带来的施焊影响，可以采用细钨极，由两名焊工配合施焊。
3.4引弧或者收弧不当在焊接残余应力的作用下易产生横向裂纹，应加强焊工运条以及引弧、收弧训练，若发现有弧坑裂纹存在时应打磨掉重新焊接；尽量避免强制对口。
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