锅炉汽包焊缝裂纹分析论文
时间:2022-06-20 06:54:00
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[论文关键词]电站锅炉焊缝裂纹检验
[论文摘要]电站锅炉在运行过程中,由于多种因素的影响会导致各种各样缺陷的产生,既有有关承压部件的,也有有关水汽质量的,针对汽包焊缝裂纹典型案例做好深入地分析,将有利于雷同缺陷及时、妥善处理。
在役电站锅炉实际检验过程中,经常会遇到各种各样的实际检验问题,但归结起来主要有几类比较典型的情况。下面选取定期检验过程中发现及处理过的汽包焊缝裂纹案例,深入探讨了典型承压部件损坏的部位、损坏的原因、修理的具体方案等,对这类典型问题的深入研究,有助于雷同问题的及时、快速、正确处理,确保被检锅炉按期、安全的投入运行。
某厂电站锅炉汽包在停炉内部检验中发现了严重的焊缝裂纹缺陷,采取措施进行修复后,保证了汽包的安全运行,现将这一技术措施剖析如下:
一、汽包缺陷检查
该厂锅炉系1997年制造、安装,1998年投入使用,2007年8月停炉检验时,经磁粉和超声检测发现,汽包第2道环焊缝上部外侧坡口热影响区有一条明显的腐蚀氧化裂纹,裂纹长450mm、宽0.02mm,最深处达20-25dB,最浅处3dB,在第2条环焊缝上部内侧存在熔合线表面裂纹缺陷6处;其它焊缝也存在多处表面和埋藏缺陷,但未超标。分析表明:从开裂的第2条环焊缝,焊缝外观很不规则,焊缝比母材高出许多,形成了一个突变的台阶,在焊缝的融合线附近存在较多表面缺陷;这样,在锅炉频繁的启停中,汽包受到周期性的加热、冷却,在交变应力的作用下导致开裂,继而发展。鉴于上述情况,采用了两种方案:(1)对于未超标的埋藏缺陷作重点记录,以便日后检验中作重点检查;如发现缺陷发展、开裂,立即处理。(2)对开裂的缺陷,制定补焊工艺措施,对裂纹进行挖补修复。
二、缺陷挖补前的各项工作检查
(1)汽包母材化学成分(%):C-0.20,Si-0.46,Mn-1.15,P-0.008,S-0.0180
(2)汽包焊缝化学成分(%):C-0.66,Si-0.60,Mn-1.50,P-0.022,S-0.0130,化学成分分析结果符合J507焊条成分要求。
(3)金相检查:焊缝:铁素体+珠光体,珠光体呈带状分布,带状组织2-3级,晶粒度6级。熔合线:铁素体+珠光体,珠光体呈网状分布,熔合线两侧有脱碳。热影响区:铁素体+珠光体,组织欠均匀,晶粒度5-6级。母材:铁素体+珠光体,组织尚均匀,晶粒度6~7级。以上所检查的组织皆属正常。
(4)硬度测试:母材:HB125。热影响区:HB115。焊缝区:HB125。以上所测的硬度值均符合要求。计算结果证明,19Mn5钢无再热裂纹倾向。
(5)19Mn5钢产生冷裂纹倾向和焊接热影响区淬硬倾向计算表明,汽包材料基本无冷裂倾向。
三、缺陷挖除
(一)开槽挖除工作所用的设备和材料
500A直流电焊机1台;0.75m3空压机1台;碳棒直径6mm、8mm,100根。
(二)缺陷开槽挖除方法及技术要求
①由于19Mn5钢的塑性较好,开槽挖除裂纹前不必钻孔止裂。②开槽方法:电弧气刨后,砂轮磨光。③为了减少电弧气刨的激热影响,应将温度预热到200℃以上再进行开槽,在挖掉缺陷的同时,应尽可能使槽开得规整、光滑,并尽量减少开槽的体积。
四、缺陷挖除后的补焊工艺
(一)焊条材料选择低氢型J507焊条。打底用中Φ3.2mm的焊条,其余用Φ4mm的焊条。
(二)施焊工艺:焊条在350℃烘烤2小时,烘烤的焊条放入保温箱内,随时使用。补焊过程中,始终保持预热温度,最低温度150℃,施焊中采取多层多道焊。先沿U形坡口焊三层,使坡口宽度变窄,以减少收缩变形引起的应力,然后由下至上多层多道焊。每道焊缝用分段焊法,分段时填空焊的焊接方向应与原分段焊的方向相反。各焊道分段应错开,可减少焊接应力的过大累积。打底焊采用中3.2mm焊条,焊道宽度控制在6-8mm左右,熔深控制在2-3mm之内。为减少收弧次数,每根焊条一次焊完。焊完一道,必须清渣进行检查,确认无缺陷时继续施焊。
五、焊后热处理
焊后热处理采用局部整段内加热法,使用框架式电阻加热器,总容量108kvA,9路输出,每路12kVA,输入电压220V,自动控温表2块,温度记录仪1台,热电偶17支,使用HM1300×355×88mm框架型加热块6块,平稳地置于汽包上半周,加热块与电源连接引出线用Φ10mm圆钢,套上Φ12mm的瓷管,然后与镶套铜电缆连接,铜电缆接到控温设备上。为了减少热量损失,在加热带的两端设计两块堵板,堵板用3mm厚的钢板制成Φ1600mm的圆板,将圆板分割4块在汽包内组装;在圆板每300mm×400mm的面积上焊中6×170mm的钢丝若干根,以固定保温材料;保温材料选用硅酸铝耐热材料。电源连接线和热电偶连接均从圆板的孔通过。
六、热处理后的各项工作检查
(一)表面检测:对补焊区内、外壁做磁粉检测,未发现任何缺陷。
(二)超声波检验:用超声波对内外壁进行检验未发现超标和可记录缺陷。
(三)金相检验:焊缝、熔合线、热影响区、母材等金相组织属正常范围之内。
(四)硬度检验:焊缝HB130,热影响区HB120,母材HB120。
(五)热位移、挠度、椭圆度测量:热处理升温到600℃,甲侧向西位移5mm,乙侧向东位移7mm;热处理完,汽包温度降到室温,甲乙侧位移恢复到补焊前。挠度:热处理后,甲侧0,中部0.02,乙侧0.02,正常。椭圆度a:原始值=0.22%;焊后值=0.25%;热处理后值=0.25%。补焊后椭圆度变化不大,在允许值范围内。
(六)残余应力测试:通过实测熔合线处残余应力为190MPa,偏离焊缝的近缝区应力为170MPa,焊缝平均最大应力为180MPa其残余应力水平与原始态相符,说明补焊工艺、热处理工艺、补焊质量都符合要求。
七、裂纹修复后的结论分析
汽包裂纹挖补修复后,各项技术指标均符合规定要求:
(1)补焊焊缝质量达到JBI152-81标准的I级焊缝要求。
(2)硬度最高为HB130,远远小于线材硬度+100的规定,残余应力最大为190MPa,大大小于245MPa规定,金相组织也没有变化,由所有这些检查结果推知,补焊焊缝具有良好的综合机械性能,没有产生任何永久变形。
(3)该汽包裂纹挖补修复后运行至今已近一年,在今年5月停炉检修时再次对裂纹剔除的补焊部位进行了磁粉和超声检测,同时对有记录缺陷部位进行了跟踪检查,均未有异常情况出现。由此可以说明,针对此次汽包检查出来的缺陷所采取的处理方案不仅符合标准,而且修复具体措施的实施是成功的。
参考文献:
[1]高志军,冷段管道监督检查方法及缺陷处理措施[J]华北电力技术,2003,(05).
[2]唐囡,丰城电厂3号炉后屏再热器爆管事故原因[J]江西电力,2002,(05).
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