爐外聯(lián)箱上管座裂紋處理方案探討

陳 濤

（廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州510530）

0 引言

在國投欽州發(fā)電廠運行中的2臺1 025t／h亞臨界直流爐，該爐是W型雙燃燒室，過熱器分為5級，再熱器分為2級。聯(lián)箱上布置有就地和遠程壓力表管座，以及B、C 2種型號的熱電偶管座。2臺爐投產(chǎn)后，陸續(xù)發(fā)生爐外管座裂紋泄漏、高過出口右聯(lián)箱2個熱電偶管座與套管焊縫的熱影響區(qū)存在裂紋、SH5出口左聯(lián)箱遠傳壓力表管座與表管焊縫熱影響區(qū)在運行中斷裂等缺陷。本文將通過幾例典型裂紋的分析與處理，探討一下對于這種管座缺陷的處理方法。

1 管座開裂情況統(tǒng)計

機組投運以來管座開裂情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 機組投運以來管座開裂情況統(tǒng)計

2 典型管座裂紋分析

2.1 案例 1（表中序號 5）

2000年11月，#1鍋爐5級過熱器出口聯(lián)箱上就地壓力表管座運行中開裂泄漏。

裂紋形貌：裂紋始裂于表管側(cè)熱影響區(qū)，焊口上半周形成張口狀。

原因分析：（1）存在結(jié)構(gòu)應(yīng)力：運行中管座隨聯(lián)箱、爐本體一起因熱脹冷縮上下移動，而壓力表管伸出保溫層及保溫鐵皮之外，位移受到一定的限制，致使產(chǎn)生了相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。（2）存在熱應(yīng)力：主蒸汽溫度是541℃，金屬工作溫度應(yīng)該在450℃以上，尤其在機組啟停及負荷變化時，熱應(yīng)力也是不能忽視的。（3）始裂處正是多種應(yīng)力的集中區(qū)域。（4）焊接熱影響區(qū)的組織、性能是整個焊接接頭的較薄弱地帶。但由于運行時間較短，不會存在組織惡化的情況。

難點分析：（1）距離聯(lián)箱太近，不方便動火處理，容易對聯(lián)箱造成負面影響。所以焊接時要盡量減小熱量輸入，焊后能不做熱處理就不做。（2）異種鋼焊接，F(xiàn)12本身焊接性極差，現(xiàn)場焊條件受限制，所以打磨堆焊層的目的只是為了消除微裂紋，千萬不能傷及聯(lián)箱本體，盡量多地保留原先的堆焊層作為焊接過渡層，減少異種鋼焊接的難度。

處理方案：（1）消除結(jié)構(gòu)應(yīng)力：把有可能阻擋壓力表管位移的保溫鐵皮挖去，并把表管自身打一個S彎，緩解了應(yīng)力集中情況。（2）打光譜鑒定材質(zhì)，與圖紙上設(shè)計相符：聯(lián)箱是F12（X20CrMoV121），管座是10CrMo910。管座與聯(lián)箱焊縫是NiCr15Fe的堆焊層。（3）焊接準(zhǔn)備：磨去部分堆焊層，把原管座斷口打磨一下，再著色探傷，檢查確認無遺留微裂紋后再焊接。（4）焊接方法：采用手工電弧焊，選用抗裂性較好的不銹鋼焊條A507，?2.5，小電流、快速、多層多道焊，層間溫度控制在150℃以下。用紅外測溫儀監(jiān)控。（5）質(zhì)量檢查：焊接過程中，焊工隨時檢查焊接質(zhì)量，確定無裂紋、氣孔、夾渣等缺陷后，再焊下一道。最后再經(jīng)表面滲透探傷合格。（6）效果：管座處理后至今已運行十年，每年檢查都狀態(tài)正常。（7）局限性：當(dāng)時用的是手工電弧焊，如果用全氬弧焊，焊接線能量還會更好控制。

2.2 案例 2（表中序號 6）

2007年5月機組小修時，發(fā)現(xiàn)#1鍋爐4級過熱器出口導(dǎo)汽管上的溫度管座裂紋2處（分別位于爐前和爐后聯(lián)箱上），開裂情況都是在護套管與管座的焊縫上的微裂紋。

從處理難度上分析，與第一例非常相似，聯(lián)箱是F12的，管座也是F12的，護套是10CrMo910的。如果磨去裂紋，直接焊就行了。于是檢修人員就按原工藝方案進行處理，只是將手工電弧焊改成了全氬弧焊，同時把焊材由A507改成了TIG－R40。

檢修時，從裂紋形貌上看，感覺好像打磨一下就可以消除。然而經(jīng)過第一次打磨、著色檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋消失，可是等焊完再查，就發(fā)現(xiàn)新焊肉的邊上出現(xiàn)了裂紋痕跡；再打磨、復(fù)查、焊接、再查，還是發(fā)現(xiàn)新焊肉的邊上出現(xiàn)了裂紋痕跡。就這樣，反反復(fù)復(fù)，直到把所有的原始焊肉連帶部分熱影響區(qū)管座母材都磨去后焊接，才最終消除缺陷痕跡。

2.3 案例 3（表中序號 7）

2008年3月份#2機組小修，發(fā)現(xiàn)5級過熱器出口聯(lián)箱熱電偶管座裂紋一處。裂紋位置在管座與熱電偶護套焊縫上，管座是不銹鋼加CrNi過渡層，護套是10CrMo910。這處裂紋位置和形貌與第二例完全相同。此處缺陷的處理同第二例一樣，必須將管座母材的熱影響區(qū)磨去，才能焊接成功。

3 分析與總結(jié)

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以上問題的原因主要是不銹鋼焊接接頭的晶間腐蝕和疲勞問題。所謂晶間腐蝕就是沿焊縫金屬晶粒邊界發(fā)生的腐蝕破壞現(xiàn)象。產(chǎn)生晶間腐蝕的原因，一般認為是由于鋼中碳化鉻的析出造成貧鉻所致。不銹鋼一般都是高鉻鋼，450～850℃溫度范圍是不銹鋼晶間腐蝕的敏感溫度區(qū)。在該溫度區(qū)，不銹鋼中鉻原子易與碳化合，生成碳化鉻沿晶粒邊界析出，將使晶界附近基體中的含Cr量減少，電極電位降低，從而導(dǎo)致晶間腐蝕。所以制定焊接工藝時，就要小電流，快速焊，不預(yù)熱，減少焊接熱輸入量。焊后進行固溶處理，是防止不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的有效辦法。但這種固溶處理在安裝現(xiàn)場，尤其是小管座的焊接接頭不具備處理條件，一般是不做處理的。所以運行10年后，不銹鋼焊接接頭因晶間腐蝕，并在腐蝕的基礎(chǔ)上加速疲勞，最終使結(jié)構(gòu)失效，是完全可能的。由此在缺陷處理的打磨過程中看到的“小紅點”應(yīng)該是組織之間的孔洞或者是微裂紋的截面圖像，一旦焊接過程給予其一定熱能量，它們就會得到擴展，最終讓我們能夠看到明顯的“紅線”。

當(dāng)然，無論是晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕還是金屬的疲勞，他們都不是單獨存在的，而是相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互促進的。腐蝕會加速疲勞，疲勞會加快腐蝕的進程，最后導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的失效。因此，運行10年后的爐外管座焊接接頭的裂紋產(chǎn)生的主要原因，不再是簡單的結(jié)構(gòu)應(yīng)力所致，而是組織與性能也發(fā)生了變化。

4 結(jié)語

通過多次的檢修及缺陷修復(fù)，得出以下經(jīng)驗：（1）運行10年以上的鍋爐爐外管座焊接接頭，因晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、組織疲勞等，已經(jīng)開始失效。（2）爐外儀表管座必須作為金屬監(jiān)督的重點，至少每年全面檢查一次。（3）對運行10年以上的不銹鋼管座焊縫更應(yīng)該加強監(jiān)督檢查。一旦發(fā)現(xiàn)微裂紋，要徹底去除原焊縫，甚至一定厚度的管座本身（也即是原先的熱影響區(qū)）。對于開裂嚴(yán)重，繼續(xù)發(fā)展可能會傷至聯(lián)箱本體的，可以考慮更換整個管座。

［1］林棟梁，吳建生，楊正瑞，等.應(yīng)力腐蝕裂紋亞臨界擴展的形態(tài)研究——兼評裂紋尖端的塑性區(qū)［J］.金屬學(xué)報，1981（6）