鍋爐集箱環(huán)縫裂紋原因分析及預(yù)防措施

文/溫吉利 馮冰瀟 符棟良

【特種設(shè)備專欄】

鍋爐集箱環(huán)縫裂紋原因分析及預(yù)防措施

文/溫吉利 馮冰瀟 符棟良

裂紋會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行安全造成極大威脅，在鍋爐制造過程中必須予以重點(diǎn)預(yù)防。本文通過對(duì)鍋爐集箱環(huán)縫裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，針對(duì)性地提出了幾點(diǎn)預(yù)防措施。

鍋爐集箱裂紋原因分析預(yù)防措施

上海某廠制造的一臺(tái)600 MW超臨界電站鍋爐，額定蒸發(fā)量2 141 t/h，額定工作壓力25.4 Mpa，額定蒸汽溫度571℃。在對(duì)此臺(tái)鍋爐進(jìn)行制造監(jiān)督檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)后煙井左側(cè)墻上集箱（材料牌號(hào)為SA335—P12）、分隔屏過熱器進(jìn)口集箱（材料牌號(hào)為SA335—P12）、水冷壁左側(cè)及右側(cè)墻下集箱（材料牌號(hào)為SA106—C）和末級(jí)過熱器出口集箱（材料牌號(hào)為SA335—P91）5個(gè)集箱，均存在環(huán)縫裂紋。經(jīng)查，此5個(gè)集箱的焊接工藝均評(píng)定合格，且焊工資格都符合要求。以下對(duì)環(huán)縫裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

一、宏觀檢查

經(jīng)現(xiàn)場查看，集箱環(huán)縫裂紋分布有如下規(guī)律：裂紋呈環(huán)向分布，且為淺表層裂紋，其深度于上表層0 mm～5 mm區(qū)域內(nèi)，且均呈斷續(xù)狀；末級(jí)過熱器出口集箱的裂紋基本分布在焊縫中間，裂紋形貌如圖1所示；其余4個(gè)集箱出現(xiàn)裂紋的部位在環(huán)縫的熱影響區(qū)，裂紋形貌如圖2所示。各集箱所使用材料以及裂紋產(chǎn)生位置情況如表1所示。

圖1 焊縫中間裂紋形貌

圖2 熱影響區(qū)裂紋形貌

二、集箱材質(zhì)化學(xué)成分和力學(xué)性能

各集箱原始質(zhì)量證明書中的化學(xué)成分和力學(xué)性能指標(biāo)分別列于表2、表3（集箱3#與集箱4#使用的材料為同一牌號(hào)、同一批次），各指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。

三、裂紋原因分析

SA335－P91為9Cr－1Mo－VNb鋼，屬回火馬氏體鋼，是在P9材料基礎(chǔ)上通過加入一定的V、Nb元素，同時(shí)控制N、Si、Al元素含量，經(jīng)過一定改良而發(fā)展起來的。這種鋼的焊縫金屬韌性對(duì)焊接線能量和層間溫度極其敏感，且焊縫金屬中的V、Nb在凝固冷卻過程中難以呈微細(xì)的碳化合物析出，所以在焊接線能量過大和層間溫度過高的情況下，焊縫韌性遠(yuǎn)不如母材。根據(jù)目前公認(rèn)的熱裂紋理論，V、Nb在鋼中的含量對(duì)熱裂紋的產(chǎn)生有極大促進(jìn)作用，V和Nb含量越大，越容易產(chǎn)生熱裂紋。因此，當(dāng)焊接線能量過大和層間溫度過高時(shí)，SA335－P91易在韌性較差的焊縫部位產(chǎn)生熱裂紋。末級(jí)過熱器出口集箱（集箱5#）的裂紋剛好出現(xiàn)在焊縫中間，且從表2所列該集箱（集箱5#）的化學(xué)成分來看，其V元素含量為0.23，已接近該材料標(biāo)準(zhǔn)的上限值0.25，因此根據(jù)裂紋部位、形態(tài)、V元素含量、材料性質(zhì)綜合判斷，末級(jí)過熱器出口集箱的裂紋為熱裂紋，其產(chǎn)生的原因跟層間溫度過高、焊接線能量過大等因素有關(guān)。

表2 集箱本體材料化學(xué)成分

表3 集箱材料力學(xué)性能

SA335－P12為1Cr－0.5Mo鋼，屬珠光體耐熱鋼，其焊接性能良好，但由于有空淬傾向，易產(chǎn)生冷裂紋。SA106－C為碳鋼，其焊接性能優(yōu)良，但如果達(dá)到一定厚度時(shí)，由于其拘束度較大，在焊接線能量過大或冷卻速度過快等情況下也易產(chǎn)生冷裂紋。材質(zhì)為SA335－P12和SA106－C的4個(gè)集箱（集箱1#～4#）的裂紋均屬淺表層裂紋，且都位于熱影響區(qū)。焊接工藝顯示，這4個(gè)集箱環(huán)縫上表層的焊接方法都是自動(dòng)埋弧焊，在焊接蓋面過程中最后一道焊縫可能是在裂紋側(cè)，這時(shí)焊接線能量較大，而實(shí)際過程中未按工藝要求采取減緩冷卻速度的方法，包括未充分利用“退火焊道”的原理，以及未按工藝要求采取焊后立即進(jìn)行消氫處理等原因，造成焊縫部位殘余應(yīng)力過大，從而引起較為薄弱的熱影響區(qū)淺表層開裂。據(jù)此判斷，這4個(gè)集箱產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為冷裂紋，它主要由過大的殘余應(yīng)力、擴(kuò)散氫及淬硬性組織的共同作用形成。

綜上所述，材質(zhì)為P91的集箱產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為熱裂紋，材質(zhì)為SA335－P12、SA106C的4個(gè)集箱產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為冷裂紋。造成這5個(gè)集箱產(chǎn)生裂紋的根本原因概括為以下兩點(diǎn)：

·焊工未嚴(yán)格按焊接工藝施焊，存在層間溫度過高、焊接線能量過大、預(yù)熱溫度不夠、冷卻速度過快、消氫不及時(shí)等多種不利于焊接質(zhì)量的因素；

·焊接工藝還有待進(jìn)一步完善，目前焊接工藝雖然評(píng)定合格，但其對(duì)參數(shù)波動(dòng)尤為敏感，導(dǎo)致焊工實(shí)際施焊過程中即使參數(shù)略有變化，卻對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。

四、預(yù)防措施

企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)工藝驗(yàn)證工作，逐步優(yōu)化焊接工藝，減輕焊接質(zhì)量對(duì)參數(shù)波動(dòng)的敏感性；提高焊工的質(zhì)量意識(shí)，加強(qiáng)工藝紀(jì)律檢查。良好的工藝紀(jì)律是高水平制造工藝正常實(shí)施的前提，否則制造工藝將失去它的意義，直接受影響的是鍋爐質(zhì)量。為了避免產(chǎn)生熱影響區(qū)淺表裂紋，在焊接蓋面時(shí)可充分利用“退火焊道”的原理，即在最后一道焊縫焊接后，再采用小規(guī)范加焊一道，這樣在焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生淺表裂紋幾率可大大降低。監(jiān)督檢驗(yàn)人員在今后工作當(dāng)中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)焊接工藝參數(shù)的現(xiàn)場抽查力度。

[1]劉金山,于惠君.電站鍋爐檢驗(yàn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[2]鄒廣華,劉強(qiáng).過程裝備制造與檢測[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[3]閆康平.工程材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

（作者單位：上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

《“浙江制造”評(píng)價(jià)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)正式批準(zhǔn)發(fā)布

近日，地方標(biāo)準(zhǔn)DB33/T944-2014《“浙江制造”評(píng)價(jià)規(guī)范》正式批準(zhǔn)發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)由浙江省標(biāo)準(zhǔn)化研究院、浙江省質(zhì)量技術(shù)審查評(píng)價(jià)中心和方圓標(biāo)志認(rèn)證集團(tuán)有限公司聯(lián)合起草，并于今年11月27日正式實(shí)施。

浙江省不是制造強(qiáng)省，對(duì)此，浙江省政府辦公廳專門下發(fā)《關(guān)于打造“浙江制造”品牌的意見》，明確提出要完善“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)體系，以高標(biāo)準(zhǔn)帶動(dòng)質(zhì)量水平提升。浙江省質(zhì)監(jiān)局積極落實(shí)，組織有關(guān)單位開展《“浙江制造”評(píng)價(jià)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)的研制工作，著力構(gòu)建完善第三方評(píng)價(jià)體系。

《“浙江制造”評(píng)價(jià)規(guī)范》分為“通用要求”和“管理要求”兩部分，明確了“浙江制造”的定義和內(nèi)涵，從品質(zhì)卓越、自主創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面闡明了“浙江制造”的認(rèn)證特性，并提出了“浙江制造”基本條件。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將有助于提升全省企業(yè)質(zhì)量管理水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，培育壯大“浙江制造”品牌，加快浙江制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)“浙江制造”走向世界。

Crack would cause a great threat to the safe operation of the boiler,thus should be the main focus of prevention during boiler manufacturing process.The article analyzes the cause for cracks on boiler header ring,and puts forward several preventive measures.

Boiler;Header;Crack;Cause analysis;Preventive measures