唐 彬，湯亞杰

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海 200241）

1 集箱管座角焊縫發(fā)生裂紋分析

1.1 末級(jí)再熱器集箱和管座角焊縫狀況

吳涇熱電廠12號(hào)爐為Π型300MW亞臨界一次再熱控制循環(huán)鍋爐，1992年投產(chǎn)。末級(jí)再熱器工作溫度為541℃，工作壓力為3.86MPa，集箱規(guī)格為φ508mm×40mm，管座規(guī)格為φ51mm×4mm，材質(zhì)為12Cr1MoV，管座焊接接頭型式為承插式。2011年12月，在12號(hào)爐大修時(shí)發(fā)現(xiàn)末級(jí)再熱器出口集箱管座角焊縫熱影響區(qū)發(fā)生裂紋，裂紋處于管座上部，長(zhǎng)度為20mm，裂紋宏觀形貌及管座焊接接頭型式如圖1所示。

圖1 裂紋形貌及管座焊接接頭型式

1.2 12Cr1MoV鋼材焊接性能

12Cr1MoV鋼材焊接性能良好，焊接工藝比較成熟，廣泛應(yīng)用于低于580℃的燃煤鍋爐的再熱器管、過(guò)熱器管、集箱及蒸汽導(dǎo)管等設(shè)備。鋼材中鉻（Cr）、鉬（Mo）元素的固溶強(qiáng)化，釩（V）與碳（C）形成的碳化物彌散強(qiáng)化，使得12Cr1MoV鋼材具有穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)和較高的持久強(qiáng)度。

12Cr1MoV鋼材長(zhǎng)期處于高溫條件下運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生滲碳體球化和固溶體中合金元素的貧化現(xiàn)象，導(dǎo)致其熱強(qiáng)性降低。在疊加應(yīng)力和沖擊載荷的共同作用下，使焊接接頭中處于相對(duì)薄弱的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，有可能產(chǎn)生沿晶界的脆性斷裂。

1.3 承插式焊接接頭分析

采用承插式焊接工藝，焊接接頭處存在三大隱患。首先，由于承插式焊接接頭型式的客觀條件存在，無(wú)論采取何種焊接方法和工藝，末級(jí)再熱器出口集箱管座根部整圈根本無(wú)法焊透。雖然射線及超聲波探傷檢測(cè)難度較高，但是結(jié)合管道鏡或內(nèi)窺鏡檢查，可以明顯地檢查出根部缺陷。集箱制造廠家曾試圖通過(guò)使用機(jī)械手自動(dòng)焊接等方法來(lái)解決這一問(wèn)題，卻由于管座組拼接的間隙和角度等諸多不確定因素的影響，結(jié)果均收效甚微。其次，集箱管座焊接時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)咬邊等缺陷，焊趾處的管子壁厚明顯減?。ǖ陀谀┘?jí)再熱器管子壁厚）。其次，由于角焊縫焊腳尺寸局部不符合要求，也會(huì)在焊趾處容易引起應(yīng)力集中。同時(shí)，末級(jí)再熱器出口集箱管座角焊縫在運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力分布比較復(fù)雜。以上因素綜合在一起，致使管座角焊縫熱影響區(qū)的應(yīng)力水平明顯提高，直至開(kāi)裂。其三，承插式焊接接頭由于不是全焊透焊接接頭，焊縫強(qiáng)度低，不能滿(mǎn)足末級(jí)再熱器出口集箱管座所處工況條件下的應(yīng)力水平要求。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高溫工況下運(yùn)行后，末級(jí)再熱器出口集箱管座角焊縫的高溫性能也隨之急劇下降。

圖2 全焊透接頭型式

依據(jù)DL／T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》要求，汽水、儀表取樣等接管座的焊接接頭，必須采用如圖2所示的全焊透接頭型式。

DL／T 869—2012規(guī)程要求，溫度大于或等于450℃的管道根部焊道，必須采用鎢極氬弧焊（GTAW），其他焊道則可采用GTAW或焊條電弧焊（SMAW）的焊接方法和工藝。顯然，承插式焊接接頭型式不滿(mǎn)足DL／T 869—2012規(guī)程要求的焊接工藝。兩種焊接接頭型式的對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 承插式與全焊透接頭比較

通過(guò)對(duì)裂紋產(chǎn)生原因及焊接裝配形式的綜合分析，認(rèn)為不合理的焊接接頭型式、較大的拘束應(yīng)力和長(zhǎng)期高溫運(yùn)行后金屬熱強(qiáng)性降低，是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的主要原因。為了徹底消除設(shè)備隱患，決定將承插式焊接接頭改為全焊透焊接接頭，同時(shí)采用加強(qiáng)型管座，用以進(jìn)一步提高焊接接頭強(qiáng)度。

2 修復(fù)方案

2.1 消除裂紋工藝

1）去除原來(lái)插入集箱的管子，打磨并去除殘余焊縫及熱影響區(qū)。

2）做滲透探傷（PT），要求無(wú)裂紋等缺陷。

3）焊前預(yù)熱溫度為150～200℃，采用GTAW進(jìn)行集箱開(kāi)孔處堆焊，焊絲型號(hào)為T(mén)IG－R31，直徑為2.5mm。

圖3 集箱堆焊及組對(duì)

4）焊后緩冷，避免堆焊處冷卻速度過(guò)快。

5）打磨堆焊焊縫，使之與集箱表面及開(kāi)孔處齊平，如圖3所示。

6）做滲透探傷檢測(cè)，要求無(wú)裂紋等缺陷。

2.2 集箱與加強(qiáng)管角對(duì)接焊接工藝

1）采用GTAW＋SMAW，實(shí)施多層多道焊接工藝。

2）焊絲型號(hào)為T(mén)IG－R31，直徑為2.5mm；焊條型號(hào)為R317，直徑為3.2mm；氬氣純度為99.99%。

3）裝配焊口時(shí)，錯(cuò)口處小于或等于1mm。

4）預(yù)熱溫度為150～200℃。

5）層間溫度要小于或等于300℃。

6）后熱處理溫度為350℃，恒溫時(shí)間為0.5h，進(jìn)行緩冷處理。

7）做焊后磁粉探傷（MT），要求無(wú)表面及近表面缺陷。

8）做焊縫及熱影響區(qū)硬度檢測(cè)，要求下限高于兩側(cè)任一母材，上限小于241HB（布氏硬度）。

2.3 焊接操作要點(diǎn)

1）打底層厚度要大于或等于3mm。

2）點(diǎn)焊處長(zhǎng)度控制在15～20mm。

3）采用多層多道焊工藝，控制好每層焊道的寬度及厚度。

4）避免電弧傷及母材，焊腳尺寸及高度要適中，焊縫與母材過(guò)渡圓滑，無(wú)咬邊、焊瘤等焊接缺陷。

5）焊接中的熱過(guò)程可采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀或熱電偶來(lái)控制。

3 結(jié)語(yǔ)

12號(hào)鍋爐從2011年12月大修后運(yùn)行至今，末級(jí)再熱器出口集箱管座角焊縫歷經(jīng)多次磁粉探傷和硬度檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)裂紋等超標(biāo)缺陷。實(shí)踐證實(shí)了對(duì)集箱管座焊接接頭型式的改進(jìn)，是正確的。通過(guò)改進(jìn)接頭型式，提高了焊接接頭的強(qiáng)度和高溫力學(xué)性能，杜絕了超標(biāo)焊接缺陷存在的可能性，提高了鍋爐設(shè)備運(yùn)行的可靠性。