李潤水

中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司 山東濟(jì)南 250102

1 序言

隨著超臨界、超超臨界機(jī)組的增多，高合金耐熱鋼得到了廣泛應(yīng)用，同時也對各種高合金鋼的焊接、熱處理工藝提出了更高的要求。從前為趕工期、增加產(chǎn)量，不注重焊后熱處理工藝要求、降低了工藝標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組，在運行過程中逐漸暴露出各種各樣的問題，也為安全生產(chǎn)埋下隱患。特別是高壓焊口的焊接熱處理質(zhì)量，直接關(guān)系著機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。近年來，在電廠檢修中發(fā)現(xiàn)了各種各樣的鋼材質(zhì)量問題以及焊后熱處理工藝問題，鍋爐爆管率居高不下，逐步提高了人們對高壓管材以及高壓焊口的重新認(rèn)識，也逐步在電廠檢修中加大了防磨防爆檢查力度。2016年對某電廠1000MW超超臨界機(jī)組中壓導(dǎo)氣管進(jìn)行著色檢測時，發(fā)現(xiàn)中壓導(dǎo)氣管與中壓外缸連接的焊縫上有裂紋缺陷（見圖1、圖2），中壓缸側(cè)焊縫處管件的規(guī)格為φ1414mm×100mm，缸體側(cè)材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V-B2，導(dǎo)氣管側(cè)材質(zhì)為ZG1Cr10MoWVNbN。

圖1 中壓導(dǎo)氣管截面

圖2 著色檢測裂紋

2 原因分析及處理方案

經(jīng)多次檢測及綜合分析，裂紋的產(chǎn)生是由于焊接工藝不當(dāng)、焊縫焊后熱處理不及時造成的，焊接應(yīng)力不能及時釋放，埋藏于焊縫內(nèi)部，造成焊縫拘束力大、應(yīng)力過高而產(chǎn)生裂紋[1]。

經(jīng)打磨挖削發(fā)現(xiàn)裂紋較多且位置較深，部分已延伸至根部，最終決定對中壓導(dǎo)氣管與對應(yīng)缸體上連接的焊縫進(jìn)行挖削清除至距焊縫根部10～15mm，將所有裂紋機(jī)械挖除后，進(jìn)行著色檢測，確定裂紋已全部清除后，重新進(jìn)行焊接及熱處理，所有工藝一定要嚴(yán)格按照規(guī)范要求及工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

此次施工，為異種鋼焊接，導(dǎo)氣管側(cè)材質(zhì)為高合金馬氏體鋼，具有一定冷裂傾向和接頭脆化傾向，焊接工藝及操作要求高，同時中壓缸底部管道錯綜復(fù)雜，空間位置狹小，給管道的固定、焊接及熱處理操作帶來了很大的難度，大直徑、厚壁且下方有變徑的焊口現(xiàn)場熱處理尤為重視，一定要滿足加熱所需功率，保證熱處理時達(dá)到加熱溫度。

3 機(jī)械挖削清除裂紋

采用環(huán)形坡口機(jī)將焊縫切除距根部10～15mm，一定要及時測量切削深度，用測厚儀測量剩余厚度，不要將焊縫切透，否則會造成中壓缸位移，其中壓缸下部位置狹小且上方無生根點，不利于焊口重新組對。當(dāng)切至根部剩余10～15mm后，使用著色檢測其根部剩余焊縫是否還存在裂紋，如存在裂紋則使用角磨機(jī)將其挖除，可邊挖邊檢測，局部裂紋可直接挖透，必須將所有裂紋清除干凈，延伸至熱影響區(qū)的裂紋也要全部清除，且著色檢測合格后方可進(jìn)入下步工序，如圖3～圖4所示。

圖3 根部裂紋全部清除

圖4 熱影響區(qū)裂紋全部清除

4 焊接及熱處理工藝

（1）預(yù)熱 補(bǔ)焊前必須先將中導(dǎo)管預(yù)熱，達(dá)到預(yù)熱溫度并保溫一段時間后再進(jìn)行補(bǔ)焊，預(yù)熱能達(dá)到減緩冷卻速度的目的，從而減小收縮應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。

預(yù)熱溫度為200～250℃，并保溫一段時間。每只焊口預(yù)熱時，采用4片加熱器（L=1000mm，10kW）捆綁在中壓導(dǎo)氣管切割處下方，均勻布置2只熱電偶控溫加熱；采用4片加熱器（L=1200mm，10kW）捆綁在中壓導(dǎo)氣管切割處上方，均勻布置2只熱電偶控溫加熱。根據(jù)兩組預(yù)熱的加熱尺寸分別制作兩組夾具固定加熱器。

（2）補(bǔ)焊挖除的熱影響區(qū) 要將挖除的熱影響區(qū)補(bǔ)焊起來，因熱影響區(qū)的裂紋挖補(bǔ)造成了局部過深的不規(guī)則區(qū)域，補(bǔ)焊時一定要逐層清理干凈，防止出現(xiàn)夾渣、未熔合等缺陷。補(bǔ)焊采用的焊接方法為SMAW，焊材與坡口側(cè)母材對應(yīng)，同時對導(dǎo)氣管側(cè)坡口用R317焊條熔覆2層（3～4mm）作為過渡層。

（3）焊接 缸體側(cè)材質(zhì)ZG15Cr1Mo1V-B2為珠光體型熱強(qiáng)鋼，屬B類Ⅰ組鋼，導(dǎo)氣管側(cè)材質(zhì)ZG1Cr10MoWVNbN為馬氏體熱強(qiáng)鋼，屬B類Ⅲ組鋼。由于B類及B類與A類組成的異種鋼焊接接頭可以選用合金含量較低一側(cè)鋼材相匹配或介于兩側(cè)鋼材之間的焊接材料[2，3]，所以選用TIG-R31焊絲、R317焊條。

焊接注意事項：①三個人在坡口周圍均勻分布，每人負(fù)責(zé)圓周的180°焊縫進(jìn)行焊接，且同時施焊，減小焊接變形。②采用GTAW焊接方法進(jìn)行根部挖透處補(bǔ)焊，焊材選用TIG-R31，焊材規(guī)格為φ2.5mm，采用SMAW焊接方法進(jìn)行填充焊接，焊材選用R317，焊材規(guī)格為φ3.2mm/φ4mm。③采用多層多道焊接，焊接接頭需至少錯開10～15mm，注意收弧質(zhì)量，加強(qiáng)層間清理；嚴(yán)格控制焊接熱輸入，焊道寬度不超過焊條直徑的4倍，每根完整的焊條所焊接的焊道長度與該焊條的熔化長度之比應(yīng)大于50%；整個焊接過程層間溫度保持在200～250℃。④焊材使用前按焊材說明書要求進(jìn)行300～350℃/1h烘焙，現(xiàn)場焊材應(yīng)置于80～100℃保溫桶內(nèi)，隨用隨取。⑤填充層施焊過程中應(yīng)進(jìn)行徹底的層間清理，以保證熔敷金屬內(nèi)不存在夾渣等缺陷；采用小電流薄焊道、分層分道的焊接工藝進(jìn)行施焊，以減小焊接熱輸入，控制焊接變形量。⑥焊接開始前，靠表嚴(yán)密監(jiān)視中壓缸變形情況，安排專人每30min進(jìn)行一次靠表讀數(shù)，變形量超過0.10mm時應(yīng)停止施焊，利用局部焊接法配合錘擊法進(jìn)行變形矯正。變形量正常后再繼續(xù)施焊。

（4）焊后熱處理 根據(jù)相關(guān)規(guī)程及工藝評定對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，熱處理溫度為（745±5）℃，保溫5h，焊口熱處理時，采用8片加熱器（L=550mm，10kW）捆綁在中壓導(dǎo)氣管及焊縫處，均勻布置8只熱電偶控溫加熱；采用8片加熱器（L=1100mm，10kW）分別在上下各布置4片輔助加熱。根據(jù)三組熱處理的加熱尺寸分別制作三組夾具以固定加熱器。熱處理過程測量缸體溫度，避免缸體溫度過高，控溫曲線如圖5所示。

圖5 熱處理控溫曲線

5 質(zhì)量驗收

1）焊接完成后，由施焊人員將藥皮、飛濺清理干凈，檢查焊縫表面無缺陷后，進(jìn)行二級、三級檢測，按照DL/T 5210.7—2010《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評定規(guī)程第7部分：焊接》進(jìn)行驗收，焊縫成形良好，合格，如圖6所示。

2）焊縫超聲波檢測、硬度檢測及磁粉檢測合格。

3）熱護(hù)理曲線及報告、焊接記錄、熱處理操作記錄及焊口檢測報告齊全。

圖6 焊縫成形良好

6 結(jié)束語

中壓導(dǎo)氣管裂紋處理后經(jīng)過幾年的運行及停機(jī)再次檢查，所處理的中壓導(dǎo)氣管焊縫未檢測出裂紋缺陷。此中壓導(dǎo)氣管焊縫裂紋質(zhì)量問題，究其原因，無非是工藝執(zhí)行不嚴(yán)造成的，可以看出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮附印崽幚砉に噷Ω吆辖鹉蜔徜摵缚p的影響至關(guān)重要。同樣施工人員的技術(shù)水平及施工工藝的執(zhí)行力度是工程質(zhì)量的根本保障。尤其像中壓缸ZG15CrlMolV鋼，淬硬傾向較大，焊接性差，焊接過程中產(chǎn)生冷裂紋、延遲裂紋的傾向也很大，為防止這些缺陷產(chǎn)生，保證此鋼焊后的使用性能，應(yīng)根據(jù)焊接工藝評定及現(xiàn)場實際施工情況，制定符合規(guī)范要求的工藝，合理選用焊材，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)熱、焊接、熱處理工藝，管理人員也要加強(qiáng)施工過程的監(jiān)督及技術(shù)指導(dǎo)，保證高壓焊口的優(yōu)良質(zhì)量，實現(xiàn)電力管道的安全運行。