寧亮亮，張濟宇，郝 亮，徐新坤

(1.哈爾濱華德學院，黑龍江 哈爾濱 150025；2.京能錫林郭勒能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 011400)

火力發(fā)電機組主給水管道是火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督中重要的受檢部件。包頭市某電廠火力發(fā)電機組型號為JG-130/3.82-Q的燃煤鍋爐，由江西通力電業(yè)集團于2005年11月4日安裝并投入使用，至今已運行89 600 h。依據(jù)TSG 11-2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》及DL 647—2004《電站鍋爐壓力容器檢驗規(guī)程》的規(guī)定，對該鍋爐在停爐檢修期間進行了內(nèi)部檢驗[1]。通過檢驗發(fā)現(xiàn)，電站鍋爐的主給水管道彎頭焊接接頭熱影響區(qū)及附近母材的外表面存在大量裂紋[2]。主給水管道設(shè)計材質(zhì)為20G，規(guī)格為219 mm×18 mm。檢驗人員發(fā)現(xiàn)該重大缺陷后，使用單位積極配合檢驗檢測并組織進行了安全評定[3]，決定更換主給水管道該處彎頭，以避免可能發(fā)生的安全事故[4]。

1 定期檢驗項目與缺陷處理

1.1 檢驗檢測依據(jù)

主給水管道的內(nèi)部檢驗主要依據(jù)TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規(guī)則》的要求執(zhí)行，無損檢測主要依據(jù)NB/T 47013.4—2015《承壓設(shè)備無損檢測第4部分：磁粉檢測》的要求執(zhí)行。

1.2 宏觀檢驗及壁厚測定

主給水管道宏觀檢驗及壁厚測定用到的工具主要有手電筒、放大鏡、焊縫檢驗尺、檢驗錘和數(shù)字式超聲波測厚儀。檢驗得出結(jié)論是：主給水管道外表面存在嚴重氧化與腐蝕坑，腐蝕呈現(xiàn)層狀剝落，表明主給水管道長期超溫運行。抽查直管段和彎頭(背彎)背弧面厚度，實測最小壁厚均小于許用厚度18 mm，存在安全隱患。實測厚度如表1所示。

表1 實測厚度數(shù)據(jù) mm

1.3 表面無損檢測

依據(jù)NB/T 47013.4—2015《承壓設(shè)備無損檢測第4部分：磁粉檢測》的要求，對主給水管道和主要連接管道焊縫表面進行表面無損檢測[5]，因主給水管道材質(zhì)為20G，鐵磁性材料優(yōu)先選用MT檢測，MT對表面及近表面裂紋有較高的檢測靈敏度。檢測工藝參數(shù)如表2所示。

表2 MT檢測工藝參數(shù)

對電廠鍋爐主給水管道彎頭背彎處進行MT檢測，發(fā)現(xiàn)焊接接頭熱影響區(qū)及附近母材均存在表面裂紋，裂紋長度為5～50 mm，數(shù)量大于30條。

1.4 缺陷處理

對鍋爐主給水管道彎頭背彎處進行MT檢測，發(fā)現(xiàn)焊接接頭熱影響區(qū)及附近母材均布裂紋。表面裂紋的存在對鍋爐的安全運行危害很大，在巡檢的督促下，檢修人員對裂紋進行了打磨，在打磨深度為0.5 mm、0.8 mm、1.2 mm、1.6 mm時，分別對裂紋進行觀察，發(fā)現(xiàn)部分裂紋被消除，但是沒有完全去除裂紋。

1.5 金相檢測

進一步對該彎頭背彎面進行金相分析，金相圖片中顯示，白色為鐵素體，黑色為珠光體組織及混合型的魏氏組織，晶粒尺寸粗大，裂紋沿著晶界擴展。電廠鍋爐主給水管道彎頭背彎處顯微組織如圖1所示。

圖1 電廠鍋爐主給水管道彎頭金相組織

2 故障原因分析

該電廠鍋爐主給水管道給水壓力為5.2 MPa，給水溫度為150 ℃，2005年11月4日投入使用。機組運行周期較長并且停爐保養(yǎng)不當，主給水管道長期處于超溫環(huán)境中工作，管道表面存在明顯的氧化、腐蝕坑及機械損傷。根據(jù)數(shù)字式超聲波測厚儀測定，直管段和彎頭(背彎)背弧面厚度均小于許用厚度，主給水管道彎頭內(nèi)壁存在不同程度的沖蝕。

由磁粉檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主給水管道彎頭背彎處焊接接頭熱影響區(qū)及附近母材表面均布裂紋，分析其原因主要有以下2點。

1)前次檢修時間為2016年4月18日，檢修時清理了鍋爐的垢渣，并對該主給水管道缺陷管段缺陷處進行過一次返修。焊工為保證裝配精度，采用熱膨脹法對口，不符合DT/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》的要求。氣焊火焰熱橋的方式盡管保證了錯邊量小于1 mm、裝配間隙3 mm的要求，但是火焰溫度過高，導致焊口附近母材嚴重氧化，材料的力學性能惡化[3]。

2)根據(jù)金相檢測分析可知，電廠鍋爐主給水管道彎頭背彎處熱影響區(qū)存在魏氏組織，晶粒粗大，材料變脆。原因為焊接參數(shù)不合理、熱輸入過大、焊后冷卻速度過快，導致魏氏組織的產(chǎn)生，即是熱處理規(guī)范不合理等造成的。

因此，根據(jù)事故原因的綜合分析，在使用單位組織進行安全評定后確定更換此處彎頭。

3 電廠鍋爐主給水管道焊補工藝

3.1 焊接設(shè)備及材料的選用

3.1.1 母材介紹

主供水管道彎頭材質(zhì)為20G，應用于電站鍋爐的水冷壁集箱手孔端蓋、下降管、包墻上集箱連接管、鍋筒至頂棚入口集箱、二級過熱器至前包墻出口集箱、省煤器至鍋筒連接管、汽包-頂棚連通管、主給水管道等。20G鋼成分如表3所示。

表3 20G鋼化學成分(GB/T 536—2017) %

3.1.2 設(shè)備介紹

1)選用鎢極氬弧焊焊機，型號為WS-300氬弧焊機；采用直流正接，用于主給水管的打底焊。

2)選用手工電弧焊焊機，型號為ZX7-400；采用直流反接，用于主給水管道的填充焊和蓋面焊接。

3.1.3 焊接材料

焊絲選用型號為ER50-6，焊絲直徑為2.4 mm；焊條選用型號為E5015，焊條直徑為3.2 mm。焊條使用前應經(jīng)350～400 ℃烘干，保溫1～2 h，隨取隨用。

3.2 焊接操作工藝

3.2.1 焊接工藝參數(shù)

焊接方法為鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充和蓋面焊接。焊接參數(shù)如表4所示。

表4 焊接工藝參數(shù)選擇

3.2.2 焊前準備

焊接位置：管對接垂直固定焊接，坡口形式為V形，坡口角度為60°，制備坡口后，還需要對坡口及兩側(cè)20 mm內(nèi)的范圍進行清理，打磨出金屬光澤。坡口裝配間隙為3 mm，采用專用對口器進行裝配，不允許利用熱膨脹法對口，以防止引起附加應力。定位焊采用鎢極氬弧焊，每點的定位焊縫長度不得超過10 mm。裝配定位焊后的試件管子保證同軸度，錯邊量不大于1 mm。焊前應進行適當預熱，溫度控制在100～150 ℃。預熱范圍為焊口中心兩側(cè)，各不小于壁厚的3倍且不小于60 mm，預熱方式宜采用電加熱法。

3.2.3 鎢極氬弧焊打底焊工藝

打底焊接采用悶絲方法，悶絲打底焊接采用的電流高于氬弧焊飄把的電流，即在防止焊縫表面氧化同時保障了根部熔透。其焊接速度是飄把焊接的3～4倍，提高了焊接生產(chǎn)效率。悶絲打底時鎢極錐度在25°～30°，鎢極伸出長度為5～6 mm。將焊絲放到縫隙的中間，采用外送絲的方式送絲，將焊絲的前端壓到坡口根部，把焊絲小幅度送進，送絲量要小，送絲量過大容易導致熔池溫度過低，進而造成根部未熔合。橫口悶絲打底技巧在于利用焊絲推著鐵水的同時，利用電弧擠壓鐵水，使鐵水只能向坡口根部流淌，避免了鐵水受重力作用流淌到下坡口面上造成焊瘤。焊槍采取磁嘴靠在焊道坡口上折把擠壓向前行走，以焊槍磁嘴與坡口接觸點作為支點，以高頻率、鋸齒狀擺動焊槍，擺動幅度和焊絲直徑保持一致。當電弧熔化兩側(cè)坡口根部時就向前呈鋸齒狀移動，鎢針壓低，電弧控制在0.5～1 mm，保證電弧能量集中，起弧預熱母材，待形成熔孔之后，焊絲被均勻地送進，悶絲打底的關(guān)鍵是送絲時，向熔池內(nèi)施加一定的壓力，這樣內(nèi)成型才能有一定的余高，能防止未焊透的缺陷產(chǎn)生。鎢極氬弧焊悶絲打底焊縫成形如圖2所示。

(a)正面成形

3.2.4 焊條電弧焊填充和蓋面焊操作

填充焊接層數(shù)為3層，填充焊第一層為一道焊縫，由于悶絲打底焊縫厚度較薄，焊接速度應快一些，防止燒穿。運條方式為斜鋸齒，防止鐵水受重力作用下墜，造成上坡口咬邊和下坡口贅瘤。工作人員施焊時保持身體的平衡，控制焊條角度始終保持70°或80°。斜鋸齒運條要領(lǐng)：上側(cè)多停，下側(cè)少停，低點在前，高點在后，向下運條慢一些，焊條回到高點快一些，焊接中要嚴格控制弧長在1 mm左右，并注意上、下坡口熔合良好。填充焊第二層為上下兩道焊縫，先從下焊道開始焊，焊條角度與管徑垂直，與管子切線方向成70°或80°，同樣采用斜鋸齒運條，第一道焊縫要保證下坡口熔合良好，第二道焊縫焊接時應在第一道焊縫的熔合線和上坡口之間斜鋸齒運條，壓住第一道的最高點，以保證焊縫平整。填充焊第三層為上中下3道焊縫，操作方法同上，要保證焊道平整，上下坡口棱邊不要熔化，預留1～2 mm坡口深度便于蓋面層焊接。蓋面焊接層為上中下3道焊縫，第一道同樣采用斜鋸齒，蓋好下坡口面，蓋面焊第二道在第一道熔合線和上坡口根部運條，同樣采用斜鋸齒，焊條擺動幅度為上下1 mm，保證壓住第一道焊縫的高點，最后一道蓋面焊道，采用直線運條或者直線往復運條的方式，在上坡口根部行進，保證上坡口熔合良好。焊口焊好后必須立即自檢，合格后可打上焊工鋼印。

3.3 主給水管道彎頭熱處理及超聲波檢測

依據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》，采用電加熱方式，對于管子外徑不大于273 mm的管道，可以使用l支熱電偶布置于焊縫中心進行測溫?；鼗饻囟葹?80～620 ℃，保溫時間不小于1 h，徹底消除焊接殘余應力，焊縫組織為鐵素體和珠光體。

依據(jù)TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》的要求，對主給水管道對接焊縫進行超聲波檢驗。UT檢測未檢出超標缺陷。

4 結(jié)語

根據(jù)故障的綜合原因分析可知，故障是由運行操作管理不到位引起的。主給水管道長期處于超溫工作狀態(tài)，同時焊工在檢修鍋爐省煤器出口主給水管道彎頭的過程中違規(guī)操作，采用熱膨脹法對口，導致焊口附近的母材嚴重氧化，材料的力學性能惡化，焊接接頭熱影響區(qū)及附近母材存在大量裂紋，險些釀成爆炸事故，值得警惕和深思。在檢驗人員的監(jiān)督下，施工單位對電廠鍋爐主給水管道彎頭實施了合理的焊補工藝并進行了維修。此焊補工藝可為廣大電建企業(yè)施工提供借鑒。