火力發(fā)電廠660MW鍋爐焊縫開裂原因及分析

常正平

【摘要】以某火力發(fā)電廠為例，對(duì)其二期工程中出現(xiàn)的鍋爐集箱大面積裂紋缺陷進(jìn)行分析，分析裂紋產(chǎn)生的原因，并針對(duì)這些缺陷提出具體的返廠返修技術(shù)工藝。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠;660MW鍋爐;焊縫開裂;開裂原因

1、概述

某火力發(fā)電廠二期工程為2×660MW超臨界發(fā)電機(jī)組，超超臨界參數(shù)下的變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，燃燒方式為四角切圓燃燒，最大連續(xù)蒸發(fā)量是1955th-1，過(guò)熱蒸汽的出口壓力為28.25MPa，出口溫度是605℃;再熱蒸汽的最大連續(xù)蒸發(fā)量是1645th-1，進(jìn)口壓力5.62MPa，出口壓力為5.82MPa，進(jìn)口溫度是362℃，出口溫度是623℃。

2、缺陷情況

火力發(fā)電廠中每臺(tái)鍋爐的受熱面集箱有41個(gè)，起動(dòng)分離器為2臺(tái);集箱現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)過(guò)熱器及在熱器共有6個(gè)集箱管的底角的焊縫存在裂紋，材質(zhì)分別為SA335-P91、SA335-P92及12Cr1MoVG。

3、原因分析

3.1 裂紋位置及深度?，F(xiàn)場(chǎng)三種材料的集箱出現(xiàn)了表現(xiàn)裂紋，裂紋位置全部位于焊縫中間，通過(guò)觀察，裂紋存在如下的規(guī)律：鍋爐集箱裂紋全部沿著焊縫呈環(huán)形分布;12Cr1MoVG材料裂紋都集中分布在三通側(cè)環(huán)縫這一熱影響區(qū)域;SA335-P91上的裂紋都位于焊縫中間;鍋爐集箱沿焊縫的熔合線出現(xiàn)2-25mm長(zhǎng)度的斷續(xù)的細(xì)微裂紋;鍋爐集箱沿焊縫的細(xì)微熔合線打磨之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，還會(huì)出現(xiàn)同一類型裂紋;有些鍋爐集箱第一次檢查沒有細(xì)微裂紋，但過(guò)段時(shí)間會(huì)發(fā)現(xiàn)1-2條細(xì)微裂紋在焊縫熔合線處。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)上述裂紋進(jìn)行打磨，多在打磨0.5-1mm之后，裂紋能夠消除，周圍斷續(xù)裂紋，多數(shù)向下打磨3-4mm之后，裂紋能消除，最深打磨深度為6-8mm;對(duì)焊縫熔合線處裂紋挖補(bǔ)打磨后，經(jīng)過(guò)4-5天裂紋沒有出現(xiàn)。因此判斷，焊縫熔合線處裂紋屬于淺表裂紋。

3.2 裂紋產(chǎn)生的原因分析。為對(duì)鍋爐集箱裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，鍋爐廠對(duì)此進(jìn)行了核查，核查集箱材質(zhì)，核查集箱無(wú)損傷執(zhí)行狀況，集箱力學(xué)性能如表1所示。集箱環(huán)縫及同三通環(huán)縫的焊接打底全部氫弧焊，封底為手工電弧焊，其余采取自動(dòng)埋弧焊。對(duì)焊接檢驗(yàn)記錄還有集箱無(wú)損深傷的報(bào)告進(jìn)行核查，集箱制作的過(guò)程中不存在異常現(xiàn)象。

3.2.1 12Cr1MoVG材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在集箱體三通側(cè)環(huán)縫這一熱影響區(qū)域，為0-5mm淺表裂紋，屬于焊接的冷裂紋，是因?yàn)榧洵h(huán)縫表層全部通過(guò)自動(dòng)埋弧焊接完成，焊接蓋面最后的一道焊縫發(fā)生在三通側(cè)，焊接線的能量大，加之處理過(guò)程中沒有減緩冷卻速度，沒有即刻進(jìn)行后熱處理，熱影響區(qū)為焊接接頭的最薄弱區(qū)域，因此集箱的三通側(cè)容易出現(xiàn)淺表裂紋。為避免這些裂紋，焊接蓋面時(shí)需將“退火焊道”原理充分利用，最后焊縫焊接時(shí)需通過(guò)小規(guī)范再加焊一道，如此焊接熱影響區(qū)焊接質(zhì)量才會(huì)更可靠，裂紋發(fā)生幾率才會(huì)大大降低。

SA335-P92材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在焊縫熔合線，屬于氫致延遲裂紋，多是因此消氫不及時(shí)所導(dǎo)致。焊縫接頭焊后殘余應(yīng)力大，應(yīng)力的分布不均勻，消氫不及時(shí)，熱處理規(guī)范性差，應(yīng)力梯度大，所有原因疊加導(dǎo)致了焊縫熔合線裂紋的出現(xiàn)。

3.2.2 SA335-P91材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在焊縫中間，多為氫致延遲裂紋及熱裂紋，屬于弧坑裂紋所導(dǎo)致的。埋弧焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)弧坑裂紋，這些裂紋盡管經(jīng)過(guò)打磨在出廠時(shí)不會(huì)檢測(cè)出，但是集箱處理中沒有進(jìn)行消氫處理，熱處理的規(guī)范度不夠，焊后沒有進(jìn)行回火熱處理，焊接頭表面存在較大應(yīng)力，使得集箱應(yīng)用一段時(shí)間后就出現(xiàn)了裂紋。

對(duì)SA335-P91材質(zhì)集箱裂紋入廠進(jìn)行復(fù)檢，經(jīng)過(guò)復(fù)檢判斷裂紋屬于熱裂紋。因SA335-P91材料其基礎(chǔ)材料內(nèi)添加V及Nb元素改良而成，這兩種元素在焊接過(guò)程中如果焊前預(yù)熱沒有到位或者是加熱不均勻容易出現(xiàn)熱裂紋。

4、集箱裂紋返修補(bǔ)焊

因此火力發(fā)電廠集箱缺陷范圍大，為確保鍋爐機(jī)組能夠安穩(wěn)運(yùn)行，需對(duì)發(fā)電廠內(nèi)的所有集箱返廠處理。處理的工藝為：

4.1 三種材質(zhì)集箱裂紋多出現(xiàn)在集箱拼接的環(huán)縫、三通對(duì)接縫還有端塞焊縫表面，需要按照規(guī)范對(duì)原焊縫最后的一層蓋面層進(jìn)行打磨消除，通過(guò)打磨讓其出現(xiàn)適合焊接的一個(gè)坡口，熔合線如果存在缺陷也需要進(jìn)行打磨，打磨之后需要進(jìn)行100%MT檢測(cè)。

原焊接蓋面層厚度約為3mm，余高在出廠前已經(jīng)打磨掉，且打磨的深度為1-3mm。因此返廠后需要將現(xiàn)有焊縫表面進(jìn)行1-3mm打磨，這樣就能夠?qū)⒃w面層的焊縫清除掉，但是熔合線處的焊縫面需要向母材延伸2mm之后進(jìn)行3-4mm深度的打磨，這樣才能夠?qū)⒈韺雍缚p清除。

焊縫環(huán)縫如果存在管接頭的，需要對(duì)焊縫的表面進(jìn)行修磨檢查，如果檢查中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需即刻返修。

4.2 按缺陷所標(biāo)注的位置，對(duì)缺陷通過(guò)砂輪進(jìn)行打磨，直到將缺陷去除，且在打磨過(guò)程中還需要修磨出一個(gè)合適的斜度，并對(duì)焊接區(qū)周圍20mm這一區(qū)域范圍進(jìn)行清理，清理此區(qū)域內(nèi)的水、銹、油等，確保焊區(qū)滿足焊接的要求。

4.3 進(jìn)行100%MT檢測(cè)，確保缺陷已經(jīng)被消除。

4.4 對(duì)焊接預(yù)熱溫度還有焊接的層間溫度進(jìn)行確定。環(huán)向加熱時(shí)，加熱的寬度不能小于200mm，且焊前必須預(yù)測(cè)，預(yù)熱溫度不能低于100℃，焊接過(guò)程中，焊接溫度不能低于最低的預(yù)熱溫度，且最高層間溫度為300℃。在焊接過(guò)程中，每道焊接工序完成之后必須將焊渣清除干凈，全部清除干凈后才能夠進(jìn)行下一個(gè)焊接步驟，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷需要即刻進(jìn)行清除。

4.5 12Cr1MoVG材質(zhì)集箱補(bǔ)焊需要通過(guò)手工電弧焊或者手工氬弧焊來(lái)操作，補(bǔ)焊時(shí)GTA的預(yù)熱溫度不能低于80℃，焊接的電流保持在90-140A，電壓保持在10-18V;SMA的預(yù)熱溫度不能低于8150℃，焊接的電流保持在90-130A，電壓保持在22-28V;焊接過(guò)程焊接的方法為不擺動(dòng)焊接，這樣焊接應(yīng)力可以大大降低。

焊接時(shí)焊接溫度也不能低于最低的預(yù)熱溫度，焊接最高的層間溫度為300℃，按照焊接規(guī)范進(jìn)行，焊接中發(fā)現(xiàn)缺陷即刻處理。補(bǔ)焊后需按照200-400℃×2hr進(jìn)行消氫處理。

4.6 焊接需多層多道進(jìn)行，盡量直道焊，擺動(dòng)的寬度需≤焊條直徑3倍，焊接完畢，需將焊接清除干凈后才能進(jìn)行下一道的焊接。焊條烘干之后能夠隨用隨取，但是領(lǐng)去之后必須在4小時(shí)之內(nèi)使用，不能超過(guò)這一時(shí)限。對(duì)焊縫的表面進(jìn)行修磨，確保表面能夠達(dá)到圓滑過(guò)渡。

4.7 對(duì)補(bǔ)焊的焊縫進(jìn)行打磨，確保補(bǔ)焊的焊縫在≤5mm的時(shí)候，能夠100%通過(guò)MT檢查，而補(bǔ)焊的焊縫在>5mm的時(shí)候，能夠100%通過(guò)MT+UT檢查，這樣才能夠滿足探傷的要求。

4.8 補(bǔ)焊后需要進(jìn)行局部熱處理，處理中應(yīng)避免對(duì)集箱產(chǎn)生變形影響，處理時(shí)需要對(duì)電加熱元件進(jìn)行環(huán)向包裹，并在焊縫的上下位置還有焊縫兩側(cè)邊緣50mm處各搭建一點(diǎn)熱電偶，并對(duì)熱處理曲線進(jìn)行記錄，確保熱處理的要求同返修要求一致。

4.9 熱處理之后需要進(jìn)行拋磨補(bǔ)焊焊縫，確保焊縫100%通過(guò)MT復(fù)檢。上述火力發(fā)電廠的鍋爐集箱自首次發(fā)現(xiàn)集箱裂紋缺陷之后，經(jīng)過(guò)數(shù)次檢驗(yàn)、復(fù)檢，焊縫處裂紋反復(fù)出現(xiàn)，最終將所有集箱按照上述的工藝返廠進(jìn)行返修處理，鍋爐廠進(jìn)行第一次檢驗(yàn)，之后電廠鍋爐檢測(cè)中心再進(jìn)行復(fù)檢，所有集箱沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，電廠鍋爐集箱的裂紋缺陷得以全部消除。

5、結(jié)束語(yǔ)

近些年，隨經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展，電力事業(yè)發(fā)展迅速，我國(guó)很多電站鍋爐廠都處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，鍋爐制造的質(zhì)量出現(xiàn)明顯下滑，加之超臨界鍋爐的各種新型材料性能還處于研發(fā)階段，很多技術(shù)還不成熟。因此電站鍋爐在建設(shè)過(guò)程中必須加強(qiáng)安裝前的檢驗(yàn)，確保鍋爐安全性，并對(duì)安全性能檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的所有缺陷問(wèn)題及時(shí)分析總結(jié)，這樣才能夠確保電站設(shè)備能夠保持安穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]周旭剛.鍋爐主汽閥焊接接頭裂紋原因分析及處理措施[J].科技風(fēng)，2015（22）：102-102.

[2]劉立海.鍋爐安全門管座角焊縫多次開裂原因分析與處理[J].吉林電力，2014，42（2）：53-54.

[3]溫吉利，馮冰瀟，符棟良.WNS型鍋爐回燃室與檢查門圈連接焊縫裂紋的原因分析[J].工業(yè)鍋爐，2015（3）：56-57.

[4]鄧鯤，衛(wèi)軍，韓曉坤.一起鍋爐汽包集中下降管管座焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2014（3）：26-26.

[5]楊必應(yīng)，張鳳安，蔡滄龍等.超超臨界鍋爐水冷壁鰭片焊縫裂紋原因分析及其防治措施[J].工業(yè)加熱，2015，44（06）：63-64.