锅炉汽包焊缝裂纹分析论文

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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).