350 MW機(jī)組高溫再熱水壓堵閥閥體的裂紋挖補(bǔ)處理

李 巖，蘇 蔚

（阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123003）

350 MW機(jī)組高溫再熱水壓堵閥閥體的裂紋挖補(bǔ)處理

李 巖，蘇 蔚

（阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123003）

對350 MW機(jī)組高溫再熱水壓堵閥閥體的裂紋原因進(jìn)行分析，制定裂紋清除方案。選用與堵閥材質(zhì)相同的焊條，采用焊接前預(yù)熱、焊接中錘擊加跟蹤回火和焊接后后熱處理的工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接后高溫回火的工藝，以保證焊接質(zhì)量，有效控制堵閥閥口和堵閥密封面的變形。

堵閥；裂紋；挖補(bǔ)；處理

阜新發(fā)電有限責(zé)任公司04號機(jī)組在檢修過程中，對高溫再熱主蒸汽管道水壓堵閥閥體進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)閥體2處肩部R過度區(qū)偏向鋼字標(biāo)牌側(cè)有多條裂紋，見圖1。閥體2處裂紋斷續(xù)長分別為320 mm和280 mm。勢必影響其安全運(yùn)行，必須盡快進(jìn)行處理。由于堵閥閥體壁厚為較厚，裂紋焊補(bǔ)難度加大。對裂紋原因進(jìn)行分析，制定裂紋清除和特殊補(bǔ)焊工藝措施，取得了良好的修復(fù)效果，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

再熱器熱段水壓堵閥工作壓力2.69 MPa，工作溫度541℃。材質(zhì)為WC9（ZG20Cr2Mo1）鑄鋼。

1 裂紋原因

堵閥閥體是鑄鋼件，從圖1看，閥體表面存在鑄造時小裂紋，且平行于R弧，在機(jī)組運(yùn)行后小裂紋發(fā)展為長裂紋，并顯斷續(xù)多條條狀裂紋，是造成閥體開裂的主要原因。由于堵閥緊缺，制造后時效時間不夠［1］，會造成閥體保留較大的內(nèi)部應(yīng)力，在2處肩部R過度區(qū)又是應(yīng)力集中部位，機(jī)組運(yùn)行

圖1 堵閥滲透檢測宏觀裂紋（a）——入汽側(cè)；（b）——出汽側(cè)

中堵閥承受較高的工作壓力，隨著運(yùn)行時間的增長，裂紋長度和深度增加，是加速閥體開裂的重要原因。對堵閥閥體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋多數(shù)都在閥體外表面，說明閥體在啟機(jī)時外表面的溫度較低，閥體塑性較差，溫差應(yīng)力也是造成閥體開裂的原因之一。

2 裂紋清除

裂紋清除前，應(yīng)使用D5～8 mm鉆頭打止裂孔，阻止裂紋擴(kuò)展，止裂孔應(yīng)打在所有裂紋尖端前不小于5 mm。對較深的裂紋應(yīng)考慮分段打孔，止裂孔的深度以檢驗出的裂紋深度為準(zhǔn)。用角磨機(jī)打磨裂紋部位，徹底消除裂紋后，將待焊部位修磨成U形坡口，見圖2。U形槽長和深分別為入汽360× 30 mm和235×27 mm、出汽320×32 mm。并修磨表面及清除周圍50 mm范圍內(nèi)的油和銹等雜質(zhì)，且露出金屬光澤。消除裂紋處進(jìn)行表面探傷檢查，確認(rèn)無缺陷后進(jìn)行補(bǔ)焊。U形槽底部要圓滑過渡便于焊接。

圖2 裂紋清除后U槽（a）——入汽側(cè)；（b）——出汽側(cè)

3 WC9鑄鋼的焊接性分析

3.1 技術(shù)關(guān)鍵

由于堵閥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均，鋼材的焊接性較差，而且裂紋的數(shù)量多，且深度大，間距近，給處理工作帶來很大難度。所以無論從焊接材料的選擇上還是處理工藝的制定上，都應(yīng)重點(diǎn)考慮焊接后長時間運(yùn)行不再產(chǎn)生裂紋，堵閥閥口和堵閥密封面變形量在允許范圍內(nèi)。

3.2 WC9鑄鋼焊接性分析。

閥體的材料為WC9鑄鋼。標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分見表1，根據(jù)國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式：

將表1各合金元素含量代入（1）式，計算出WC9鑄鋼碳當(dāng)量的CE為0.69%～1.09%。WC9鋼是一種典型的低合金貝氏體耐熱鑄鋼，具有較高的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性。這種鋼碳當(dāng)量高達(dá)1.09%，鋼的淬硬傾向大，焊后其焊縫及熱影響區(qū)易形成淬硬組織，脆性增大，在有較大拘束應(yīng)力時常導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

表1 WC9鑄鋼和E6015B3（R407）焊條的化學(xué)成分%

3.3 補(bǔ)焊方式的確定

選用鎳基焊條進(jìn)行“冷焊”，補(bǔ)焊接頭基本可以滿足使用性能［3］。但這種方式屬異種鋼焊接，此類接頭在長期運(yùn)行仍會失效，且鎳基焊條價格昂貴，一般只是在熱焊工藝難以實現(xiàn)的條件下采用。傳統(tǒng)的熱焊工藝［4］，即焊前預(yù)熱、焊接和焊后進(jìn)行高溫回火處理，可以有效地保證補(bǔ)焊后的質(zhì)量，但是高溫回火會增大堵閥的閥口和密封面的變形，甚至?xí)?dǎo)致水壓堵閥報廢。

根據(jù)裂紋位置距堵閥閥口和密封面處較近，補(bǔ)焊處理選用與堵閥材質(zhì)相同的焊條，焊前預(yù)熱，焊接過程中用錘擊加跟蹤回火和焊后進(jìn)行后熱處理代替高溫回火，來改善焊縫金屬組織和消除焊接殘余應(yīng)力，確保補(bǔ)焊后堵閥閥口和密封面的變形在允許范圍內(nèi)。

4 閥體的焊補(bǔ)

4.1 準(zhǔn)備工作

4.1.1 焊接材料

焊條為E6015B3低氫型焊條，規(guī)格D3.2 mm，從表1看出焊條的化學(xué)成分與堵閥相同。焊條用前進(jìn)行了350℃恒溫2 h烘干處理，裝入保溫溫度為80～110℃的專用保溫筒內(nèi)，隨用隨取。

4.1.2 加熱設(shè)備布置

根據(jù)對堵閥的加熱溫度、補(bǔ)焊區(qū)分布和對變形控制要求，需要按圖3在堵閥外壁布置履帶及繩狀加熱器和熱電偶，由電腦控溫柜控制和監(jiān)測加熱區(qū)各點(diǎn)及內(nèi)外壁溫差，在加熱元件及熱電偶布置完后，用硅酸鋁氈將堵閥外壁保溫，保溫寬度為加熱器邊向外延300 mm，2層保溫，接縫錯開，固定牢靠，補(bǔ)焊處用活動保溫。

4.1.3 錘擊工具

應(yīng)備有錘擊用的壓縮空氣源（風(fēng)管路或空氣壓縮機(jī)均可），風(fēng)壓為0.4～0.5 MPa，錘擊采用Q6風(fēng)鏟，錘頭半徑1.0～1.2 mm，刃寬10 mm。

4.2 補(bǔ)焊工藝

4.2.1 預(yù)熱

焊前將堵閥預(yù)熱至250℃左右，均溫后進(jìn)行焊接。施焊過程中，層間溫度應(yīng)不低于200℃，且不高于350℃。

4.2.2 焊接

采用直流焊接電源，反極性連接，短弧、窄焊道、多層、多道焊接。直線運(yùn)條，短弧操作，焊接電流不宜過大。在施焊過程中，其單層焊道厚度不能超過焊條直徑＋1 mm，焊道寬度不能超過焊條直徑的2～3倍。每層焊接結(jié)束后都進(jìn)行檢查，確認(rèn)無缺陷時，進(jìn)行下一層焊接。直至補(bǔ)焊完成，圖4為表面多道理焊道。嚴(yán)禁在工件表面引弧或試電流。施焊過程中應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應(yīng)注意填滿弧坑，多層多道焊的接頭應(yīng)錯開。

4.2.3 焊縫鍾擊

除底層焊和表面層道不錘擊外，其余各層在每焊完一道清除焊渣后均需進(jìn)行錘擊，如果使用風(fēng)鎬，錘擊時應(yīng)先錘擊焊道中部，后錘擊焊道兩側(cè)，錘痕應(yīng)緊湊整齊，錘痕呈“八”字形，痕深1 mm左右。

4.2.4 供跟蹤回火

對底層、表面層和填充焊道錘擊后，立即用氧乙炔中性火焰跟蹤回火，將焰心對準(zhǔn)焊道緩慢向前移動，火焰橫向呈之字?jǐn)[動，擺動范圍應(yīng)較焊道寬2～3 mm，兩側(cè)停頓時間應(yīng)略長一些，跟蹤回火溫度的控制，以焊道表面是亮紅色為宜。表面溫度控制在900～1 000℃。跟蹤回火時間約為焊接時間的1～2倍。每個坡口堆滿后焊接退火焊道，并進(jìn)行2次700℃左右的跟蹤回火。

圖3 履帶及繩狀加熱器布置

圖4 補(bǔ)焊表面層焊道實物（a）——入汽側(cè)；（b）——出汽側(cè)

4.2.5 后熱處理

全部焊接工作完畢后，對補(bǔ)焊區(qū)冷焊至80～120℃后，進(jìn)行340～370℃左右恒溫4 h的后熱熱處理。升、降溫速度不大于50℃／h的，降至100℃以下，拆保溫自然冷卻。

4.3 檢驗

后熱完成后，將堵閥補(bǔ)焊表面焊道打磨平整，平滑過渡到母材。進(jìn)行如下檢測：對焊縫及附近表面進(jìn)行滲透探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋等線性缺陷；對焊縫內(nèi)部進(jìn)行超聲波探傷，未發(fā)現(xiàn)條狀缺陷；對補(bǔ)焊表面進(jìn)行硬度測量，焊縫里氏布氏硬度值為HB201－216，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；對再熱系統(tǒng)水壓試驗時，檢查堵閥密封無泄漏。

機(jī)組運(yùn)行1年后，檢修時對閥體挖補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行表面探傷檢查，無裂紋等線性缺陷。

5 結(jié)束語

WC9鑄鋼裂紋挖補(bǔ)焊接處理采用與堵閥相同材質(zhì)的焊條，焊前預(yù)熱，焊接過程中進(jìn)行錘擊加跟蹤回火及焊后進(jìn)行后熱處理的工藝，可代替焊后高溫回火熱處理工藝，有效控制堵閥補(bǔ)焊處理的質(zhì)量和堵閥密封面變形。

［1］ 李鵬新，王興勝，笪耀東.加強(qiáng)電站鍋爐管道堵閥的檢驗［J］.中國特種設(shè)備安全，2011，27（2）：15－17.

［2］ 靳永強(qiáng).鍋爐再熱熱段水壓試驗堵閥的安裝焊接工藝［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（9）：34－35.

［3］ 于霖清.汽輪機(jī)汽缸裂紋焊補(bǔ)新工藝［J］.東北電力技術(shù)，1995，16（9）：46－48.

［4］ 楊 富，章應(yīng)霖，任永寧，等.新型耐熱鋼焊接［M］.北京：中國電力出版社，2007.

Patching Treatment on Cracks of High Temperature Reheat Hydraulic Valve Blocks for 350 MW Units

LI Yan，SU Wei
（Fuxin Power Generation Co.，Ltd.，F(xiàn)uxin，Liaoning 123003，China）

Causes analysis is made on the crack of high temperature reheat hydraulic valve blocks for 350 MW units，and ways to crack removing.Welding rod made of the same materials with plug valves is selected.Processing techniques such as preheating before welding，welded hammering and tracking in tempering of dehydrogenation treatment after welding are used，replacing high temperature tempering process，which guaranteed welding quality，effectively keep plug valve sealing surface from deformation.

Blocking valves；Cracks；Welding；Repair

TH134

A

1004－7913（2015）04－0054－04

李 巖（1969—），男，大專，工程師，從事火力發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

2015－01－30）