300MW鍋爐再熱蒸汽熱段焊縫缺陷的補(bǔ)焊修復(fù)

摘 要：針對(duì)某電廠300MW鍋爐再熱蒸汽熱段焊縫出現(xiàn)兩處超標(biāo)缺陷的問(wèn)題，分析了A335P22鋼的焊接性能，并著重介紹了超標(biāo)缺陷的挖除、坡口制備、無(wú)損檢測(cè)確認(rèn)缺陷消除、焊前預(yù)熱、打底氬弧焊的工藝規(guī)范、打底氬弧焊的后熱處理、無(wú)損檢測(cè)確認(rèn)打底氬弧焊的焊縫質(zhì)量、電焊填充蓋面工藝規(guī)范、焊后熱處理、焊后無(wú)損檢測(cè)等各道工藝流程，通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行，取得補(bǔ)焊修復(fù)檢驗(yàn)合格的效果，也證明了該補(bǔ)焊修復(fù)工藝適用于A335P22鋼焊縫缺陷處理，可有效地保障焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：A335P22鋼；再熱熱段；焊縫；缺陷；補(bǔ)焊

引言

某電廠#9鍋爐為DG1025/18.2-Ⅱ（4）型，其為亞臨界參數(shù)，一次中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛、全懸吊露天布置、平衡通風(fēng)、燃燒系統(tǒng)四角布置、切圓燃燒、固態(tài)排渣燃煤汽包爐。在2014年大修中對(duì)高溫再熱器熱段（規(guī)格為：Φ557.6*24.8mm，材質(zhì)為A335P22）焊縫進(jìn)行超聲波檢查發(fā)現(xiàn)，高再熱段第#5道焊縫出現(xiàn)兩處超標(biāo)缺陷，編號(hào)為Q1和Q2，超聲波檢測(cè)顯示缺陷指示長(zhǎng)度分別為25mm和40mm，缺陷埋藏深度分別為20.5mm和21.3mm，缺陷反饋?zhàn)畲蟛ǚ謩e為為SL+10db和SL+2db，缺陷質(zhì)量等級(jí)均為III級(jí)，缺陷具體位置如圖1所示。高熱再熱器管道是發(fā)電機(jī)組鍋爐的重要承壓、高溫汽水輸送部件，此超標(biāo)缺陷如不得到及時(shí)或合理處理，容易造成缺陷的進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而出現(xiàn)裂紋缺陷乃至引起高再蒸汽管道的爆裂，以致發(fā)生重大設(shè)備或人身事故損失，后果難以估計(jì)，必須要給予高度重視。所以，需要認(rèn)真分析研究A335P22鋼的材質(zhì)的特性，如化學(xué)成分、焊接性能、熱處理要求等，仔細(xì)制定科學(xué)合理的挖補(bǔ)修復(fù)工藝，完成對(duì)再熱蒸汽熱段超標(biāo)缺陷焊縫的補(bǔ)焊修復(fù)工作，保證高溫再熱蒸汽管道的可靠、安全工作，夯實(shí)鍋爐可靠運(yùn)行基礎(chǔ)。

1 A335P22鋼的焊接性能分析

A335P22鋼屬于符合美國(guó)ASME的鐵素體合金熱強(qiáng)鋼，相當(dāng)于德國(guó)的10CrMo910，常用于570℃的受熱面管道或抗氫損傷設(shè)備。A335P22鋼的化學(xué)成分和常溫力學(xué)性能分別如表1和表2所示。

依據(jù)國(guó)際焊接協(xié)會(huì)（IIW）推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式Ceq=C5+（Mn/6）+[（Ni+Cu）/15]+[（Cr+Mo+V）/5]*100%，計(jì)算可得Ceq=0.886%，遠(yuǎn)大于0.45%的鋼淬硬敏感界線。因?yàn)殇撝蠧r、Mo元素含量較多，大幅度提高了鋼的淬硬性，尤其是管道規(guī)格尺寸大，相對(duì)冷卻速度較快，致使熱影響區(qū)冷卻速度快，較易形成馬氏體含量較多的淬硬組織。

而依據(jù)冷裂紋敏感指數(shù)Pcm=（Cr%）+（Cu%）+2（Mn%）+10（V%）+7（Mb%）+5（Ti%）-2，可得Pcm=2.86>0，可見(jiàn)A335P22鋼有著較大程度的焊接冷裂傾向，并且由于管道規(guī)格較大，相對(duì)冷卻速度快，焊縫焊接時(shí)將會(huì)受到較大的熱應(yīng)力作用，不利于焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，以致焊縫在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生冷裂紋，在消除應(yīng)力過(guò)程中則較易產(chǎn)生再熱裂紋，因此，在施焊的時(shí)候，為了避免產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋，要特別注意先進(jìn)行合理的預(yù)熱處理，在焊接過(guò)程中則要嚴(yán)格控制好焊接層間溫度，而焊后需要及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理[1]。

2 補(bǔ)焊修復(fù)工藝

依據(jù)A335P22鋼宜產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋的特點(diǎn)，我們決定采用挖補(bǔ)的方法，采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面的方法補(bǔ)焊修復(fù)焊縫超標(biāo)缺陷，通過(guò)規(guī)范焊接工藝規(guī)范，嚴(yán)格控制熱處理工藝以降低焊接殘余應(yīng)力以及增強(qiáng)焊縫擴(kuò)散氫的逸出，改善焊縫及熱影響區(qū)組織與力學(xué)性能。

2.1 裂紋挖磨去除及坡口制備

確認(rèn)超標(biāo)缺陷所在位置后，依據(jù)檢測(cè)報(bào)告示意圖采用手持式砂輪機(jī)進(jìn)行缺陷的挖磨去除作業(yè)，在挖磨過(guò)程中輔助以磁粉滲透和著色檢查，直至確認(rèn)缺陷已全部消除，并注意挖磨的深度和寬度在檢測(cè)報(bào)告的深度和寬度上稍微增加4-5mm，確保完全去除所檢測(cè)出來(lái)的超標(biāo)缺陷。挖磨找到缺陷如圖2所示，可見(jiàn)兩處缺陷均其為白色的夾渣點(diǎn)。

通過(guò)磁粉滲透和著色檢測(cè)確認(rèn)完全去除了缺陷后，根據(jù)圖3所示的尺寸要求進(jìn)行坡口制備，并注意清理坡口及邊緣10-20mm范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹直至發(fā)出金屬光澤。

2.2 焊前熱處理

為避免產(chǎn)生焊接冷裂紋，在氬弧焊打底焊接前必須對(duì)坡口及坡口兩側(cè)不小于3倍的管壁厚度區(qū)域采用電加熱的方式進(jìn)行預(yù)熱處理，保障加熱溫度梯度的平穩(wěn)。預(yù)熱的溫度為250-350℃，而預(yù)熱升溫的速度應(yīng)小于或等150℃/h，采用熱電偶的方式測(cè)溫，當(dāng)管道外壁的溫度升至預(yù)熱溫度后，應(yīng)保溫2小時(shí)，確保坡口根部的溫度達(dá)到預(yù)熱及焊接工藝要求。

2.3 焊接工藝規(guī)范

為了保證焊接質(zhì)量，在進(jìn)行鎢極氬弧焊打底焊接時(shí)，采用Φ2.5mm的TIG-R40焊絲，采取多層多道焊的方式，控制層間溫度在200-300℃，并在焊接過(guò)程中逐層檢查清理層間焊縫的缺陷，經(jīng)過(guò)自檢合格方可進(jìn)入下一層焊縫的焊接，并確保氬弧焊打底焊接的焊層厚度不小于3mm。其中，氬弧焊打底焊接的參數(shù)如表3所示。

而且，為了更進(jìn)一步地確保打底焊接的質(zhì)量，以及汲取大規(guī)格管道打底焊接后馬上繼續(xù)電焊蓋面以致后來(lái)才發(fā)現(xiàn)打底焊接有缺陷造成返修工作量較大的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我們嚴(yán)格管理焊接工藝流程，決定在氬弧焊打底焊接完成后，先做去氫處理，加熱打底氬弧焊區(qū)域及熱影響區(qū)至300℃，并恒溫2個(gè)小時(shí)，而為了檢測(cè)有無(wú)產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋，在至少12個(gè)小時(shí)后才進(jìn)行磁粉與著色探傷檢查，確認(rèn)超標(biāo)缺陷已消除、打底氬弧焊層焊接質(zhì)量合格后才允許進(jìn)入下面的手動(dòng)電弧焊蓋面作業(yè)。而手動(dòng)電弧焊在填充、蓋面焊接的時(shí)候采用Φ3.2mm的R407焊條，嚴(yán)格進(jìn)行多層多道焊接方式，并注意控制層間溫度不高于400℃，控制在200-300℃，尤其要仔細(xì)檢查、清理層間焊縫缺陷，必須清理可見(jiàn)缺陷，防止氣孔、夾渣、咬邊等缺陷的產(chǎn)生。其中，電焊蓋滿面的參數(shù)如表4所示。

其中，特別要注重控制合適的焊縫層間溫度，因?yàn)槠鋵?duì)減小焊接線能量、降低焊縫應(yīng)力水平、防止出現(xiàn)不良金屬組織、控制焊接變形具有十分重要作用。且為保證焊接后續(xù)焊道時(shí)，對(duì)前一焊道有回火作用，控制每道焊縫的厚度在3mm以內(nèi)，可有效防止氫含量的逐層累積以及產(chǎn)生的彎曲變形而帶來(lái)的根部應(yīng)力集中[2]。

2.4 焊后熱處理

在電焊填充蓋面完畢并檢查合格后，必須馬上進(jìn)行焊后熱處理。熱處理時(shí)，要求加熱寬度：從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm；保溫寬度：從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的5倍，以減少溫度梯度；溫差控制：熱處理的加熱方法，應(yīng)力求內(nèi)外壁和焊縫兩側(cè)溫度均勻，恒溫時(shí)在加熱范圍內(nèi)任意兩測(cè)點(diǎn)間的溫差應(yīng)低于50℃。厚度大于10mm時(shí)，應(yīng)采用感應(yīng)加熱或電阻加熱。測(cè)溫點(diǎn)布置：進(jìn)行熱處理時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱布置在焊縫中心兩側(cè)，且不得少于兩點(diǎn)。水平管道的測(cè)點(diǎn)應(yīng)上下對(duì)稱布置。熱電偶與加熱元件間應(yīng)接觸良好，固定可靠。焊后熱處理時(shí)，升溫速率應(yīng)≤150℃，恒溫溫度為720-740℃，恒溫1.5小時(shí)，焊后熱處理工藝曲線如圖4所示：

如果因施工原因，焊接工作未完，被迫中斷或焊接工作完成之后，不能立即進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，應(yīng)做去氫處理，去氫處理規(guī)范為升溫至300℃恒溫2小時(shí)。

3 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

首先，對(duì)熱處理后的補(bǔ)焊修復(fù)焊縫進(jìn)行100%外觀檢查，檢查有無(wú)夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等明顯缺陷；其次，依據(jù)JB/T4730.3-2005，對(duì)熱處理后的補(bǔ)焊修復(fù)焊縫進(jìn)行100&超聲波、磁粉以及著色檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，合格等級(jí)為1級(jí)；最后，用硬度計(jì)檢查焊縫、熱影響區(qū)以及母材的硬度，也無(wú)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。補(bǔ)焊修復(fù)后的焊縫如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)A335P22鋼的焊接性能以及容易產(chǎn)生焊接冷裂紋與消除應(yīng)力時(shí)易產(chǎn)生再熱裂紋特性，特別注意編制焊接工藝卡，規(guī)范焊接作業(yè)過(guò)程，尤其重視超標(biāo)缺陷的挖除、坡口制備、無(wú)損檢測(cè)確認(rèn)缺陷消除、焊前預(yù)熱、打底氬弧焊的工藝規(guī)范、打底氬弧焊的后熱處理、無(wú)損檢測(cè)確認(rèn)打底氬弧焊的焊縫質(zhì)量、電焊填充蓋面工藝規(guī)范、焊后熱處理、焊后無(wú)損檢測(cè)等各道工藝流程，嚴(yán)格控制焊接層間溫度，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范要求進(jìn)行施焊作業(yè)，有效地保障了對(duì)再熱蒸汽熱段第#5道焊縫兩處超標(biāo)缺陷的去除以及補(bǔ)焊修復(fù)工作，取得了焊接合格、無(wú)損檢測(cè)合格、熱處理合格的良好效果，大修后至今運(yùn)行良好，有效地保障了設(shè)備的可靠、安全運(yùn)行，值得參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]劉素，潘金柱，李雙鎖，等.避免A335-P22厚管壁氬電聯(lián)焊產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋的途徑[J].石油工程建設(shè)，2010，36（3）：36-79.

[2]曹德輝，戴晟，王金芳.減溫器12Cr1MoVG集箱三通焊接裂紋的補(bǔ)焊修復(fù)[J].電力建設(shè)，2012，33（1）：109-112.

作者簡(jiǎn)介：黃俊杰（1986-），男，漢族，廣東，廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司，助理工程師，動(dòng)力工程碩士學(xué)位，從事火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備維護(hù)與管理工作。