某600 MW機組再熱器防磨罩固定焊點產(chǎn)生裂紋原因分析

于鵬峰，段學(xué)農(nóng)，劉志輝

（1.湖南省電力公司試驗研究院，長沙市，410007；2.華潤電力湖南有限公司，湖南省郴州市，423000）

0 引言

某電廠鍋爐在投產(chǎn)2年后首次大修水壓試驗過程中，低溫再熱器至高溫再熱器過渡段管子發(fā)現(xiàn)多處漏點，這些漏點集中在管子與防磨罩的焊接處。泄壓后對同類型防磨罩焊接處進行擴大性檢查發(fā)現(xiàn)多處防磨罩與管子焊接處焊縫產(chǎn)生裂紋并傷及母材，因此有必要進行進一步原因分析，以避免產(chǎn)生類似的安全隱患。

1 鍋爐簡介

該鍋爐系北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&W B2028/17.4-M亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、雙拱爐膛、一次再熱、固態(tài)排渣、“W”型火焰鍋爐。燃燒器布置在下爐膛前后拱上，尾部為雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，平衡通風(fēng)，露天布置。每臺鍋爐配有6臺沈陽重型機器廠生產(chǎn)的BBD4060A型雙進雙出鋼球磨煤機，24個EI-XCL濃縮型煤粉燃燒器；燃燒器錯列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前墻12只、后墻12只。鍋爐設(shè)計燃用無煙煤，主要設(shè)計參數(shù)如表1。表1中BMCR工況為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況、BRL為機組運行壽命內(nèi)平均效率的額定工況。

2 泄漏點檢查情況

該鍋爐過熱器及再熱器吹灰通道處防磨罩均為鍋爐廠出廠攜帶，防磨罩固定方式為兩頭用抱箍固定，中間兩端與母材焊接，防磨罩與母材焊接焊縫較長（大部分在6～80 mm之間，設(shè)計為50 mm）。

將泄露的5根管子切割下來進行檢查發(fā)現(xiàn)：其中1、2號管子在割除防磨罩后，在原焊接處進行了打磨并進行了磁粉檢測，1號管子有2條裂紋，長度分別為55 mm（圖1）和10 mm，2號管子有1條裂紋，長度為55 mm（圖2）。3、4、5號管子未去除防磨罩，直接對焊縫進行檢測，3號管子有2條裂紋，長度分別為50 mm和10 mm（圖3）。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)Tab.1 The main design parameter

圖1 1號管裂紋（長55 mm）Fig.1 Cracks of No.1 pipe (55 mm in length)

圖2 2號管裂紋（長55 mm）Fig.2 Cracks of No.2 pipe (55 mm in length)

圖3 3號管裂紋（長10 mm）Fig.3 Cracks of No.3 pipe (10 mm in length)

3 原因分析

3.1 材質(zhì)分析

低溫再熱器管段材質(zhì)為12Cr1MoV，防磨罩材質(zhì)相當(dāng)于Cr18Ni9。管材與防磨罩的焊縫材質(zhì)為E7018A1（Cr含量約為6%，Mo含量約為0.5%，V含量約為0.1%），材質(zhì)中不含鎳（Ni）成分，因此低再管與防磨罩的焊縫是異種鋼對接焊縫。按照《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)焊規(guī)程》要求：當(dāng)兩側(cè)鋼材之一為奧氏體不銹鋼，且工作溫度低于425℃時，可選用與所焊奧氏體不銹鋼相應(yīng)的焊條（焊絲）；對工作溫度大于425℃的耐熱合金鋼管子、管件承壓部件進行補焊或在其上焊接管接頭時，若限于條件，焊后無法進行熱處理時，推薦選用鎳基焊條。因此，此焊材的選用不夠恰當(dāng)。

3.2 焊接工藝分析

經(jīng)擴大性檢查發(fā)現(xiàn)低再至高再過渡段區(qū)域仍有100余根存在防磨罩焊縫裂紋，且焊縫收弧點均存在不同程度弧坑，裂紋均在收弧點弧坑處，如圖3、4所示。在高過、屏過處也存在少量該種現(xiàn)象。

圖4 3 號管收弧點弧坑Fig.4 Crater at the arc stopping point of No.3 pipe

圖5 4 號管收弧點弧坑Fig.5 Crater at the arc stopping point of No.4 pipe

12Cr1MoV珠光體耐熱鋼為低合金耐熱鋼，此類鋼的Cr含量較高，在500～550℃時具有較高的熱強性和持久強度。12Cr1MoV鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表2。

由表2可見，12Cr1MoV鋼的碳及合金元素含量較多，淬硬敏感性較大，易在焊縫及熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織。在接頭剛性及應(yīng)力較大時，易產(chǎn)生冷裂紋。焊接時應(yīng)采取必要的工藝措施，使焊接接頭有足夠的熱強性能，同時發(fā)現(xiàn)存在弧坑時須在弧時將弧坑填滿。

表2 12Cr1MoV珠光體耐熱鋼化學(xué)成分Tab.2 The chemical constituents of 12Cr1MoV pearlite

異種鋼焊接接頭和同種鋼焊接接頭有本質(zhì)差異，主要是熔敷金屬與兩側(cè)焊接熱影響區(qū)和母材存在不均勻性。不均勻性包括化學(xué)成分不均勻、組織的不均勻性、性能的不均勻性、應(yīng)力場分布不均勻。當(dāng)焊工未能完全執(zhí)行焊接工藝產(chǎn)生弧坑時，焊材在收弧和起弧處容易產(chǎn)生弧坑裂紋。

異種鋼對接接頭的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)也不同，所以當(dāng)鍋爐啟停時，異種鋼對接接頭各部位的熱膨脹系數(shù)不同引起塑性區(qū)域不同，造成應(yīng)力增大。當(dāng)焊接接頭中存在弧坑裂紋時，裂紋就容易延伸擴張到母材上，產(chǎn)生泄漏。

因此，焊工在焊接時未將收弧點弧坑填滿是弧坑產(chǎn)生裂紋并傷及母材的主要原因。

4 結(jié)論

（1）焊接工藝有問題，焊工操作不當(dāng)，收弧點弧坑缺陷是防磨罩固定焊點產(chǎn)生裂紋的源頭。鍋爐廠需對該種防磨罩固定方式進行論證，是否繼續(xù)采取這種固定方式，如要采取，對目前狀況采取進一步工藝控制防范措施。

（2）防磨罩與母材焊接焊縫較長（大部分在60～80 mm之間，設(shè)計為50 mm），不同材質(zhì)（防磨罩、低再過渡段管材）的膨脹系數(shù)不一樣，并且防磨罩與管壁溫差大，膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力是引起裂紋擴展的重要原因。

（3）再熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，防磨罩材質(zhì)0Cr18Ni9，焊材為E7018A1，此焊材的選用不符合《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》。

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