百萬千瓦機(jī)組高壓導(dǎo)汽管裂紋原因分析及處理

張立祥+張彬+王能淼

摘 要：某百萬千瓦超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組在對高壓導(dǎo)汽管及焊縫檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)高壓導(dǎo)汽管與高壓外缸連接處的焊縫中存在裂紋缺陷，需要進(jìn)行修復(fù)處理。本文通過對裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理的裂紋處理施工工藝和技術(shù)措施，經(jīng)過現(xiàn)場對裂紋缺陷進(jìn)行挖除及焊接熱處理施工，完成后的焊縫成型美觀，與母材過渡勻稱，結(jié)合良好，經(jīng)檢測全部合格，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并為同類型機(jī)組的檢修提供了工程實(shí)例。

關(guān)鍵詞：百萬千瓦機(jī)組；高壓導(dǎo)汽管；裂紋分析；焊接；熱處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.229

1 前言

某百萬千瓦超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組在對高壓導(dǎo)汽管及焊縫檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)高壓導(dǎo)汽管與高壓外缸連接處的焊縫中存在裂紋缺陷，裂紋細(xì)小較多，且集中分布在焊縫中間位置。為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)多次檢測及綜合考慮，決定對焊縫所存在裂紋缺陷予以挖除并重新進(jìn)行焊接及熱處理。

2 原因分析

該機(jī)組高壓缸側(cè)焊縫處高壓導(dǎo)汽管的規(guī)格為Φ678×100mm，材質(zhì)均為ZG1Cr10MoWVNbN；缸體側(cè)材質(zhì)均為ZG15Cr1Mo1V-B2。造成焊縫中存在裂紋缺陷的原因主要有：

2.1 廠家焊接熱處理過程方面

高壓導(dǎo)汽管與缸體焊接為異種鋼焊接，缸體側(cè)焊縫材質(zhì)為鑄鋼ZG15Cr1Mo1V-B2，鑄件合金元素分布不均勻，存在雜質(zhì)較多，導(dǎo)汽管側(cè)材質(zhì)為高合金馬氏體鋼，具有一定冷裂傾向和接頭脆化傾向，是促使產(chǎn)生裂紋的主因。

在廠家制造過程中，若焊縫焊完之后未及時(shí)進(jìn)行熱處理，造成焊縫焊后熱處理的不及時(shí)，焊接應(yīng)力不能及時(shí)釋放，埋藏于焊縫內(nèi)部，造成焊縫拘束力大，應(yīng)力高，也會促使產(chǎn)生裂紋。

經(jīng)測量，焊縫寬度為65mm，焊縫過寬造成此處存在較大的應(yīng)力，是促使產(chǎn)生裂紋的輔因。

2.2 母材材質(zhì)方面

ZG1Cr10MoWVNbN耐熱鋼采用了 Nb-V 復(fù)合沉淀強(qiáng)化和 W-Mo 復(fù)合固溶強(qiáng)化，具有較好的熱強(qiáng)性能、抗高溫腐蝕和氧化性能，化學(xué)成分見表 1：

根據(jù)國際焊接學(xué)會推薦的用于反映低合金結(jié)構(gòu)鋼淬硬傾向的碳當(dāng)量計(jì)算公式：

Ceq=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]×100%=2.42%>0.6%

根據(jù)碳當(dāng)量計(jì)算結(jié)果，該鋼種焊接時(shí)淬硬傾向較大，可焊性差，較易產(chǎn)生冷裂紋和延遲裂紋，焊接時(shí)需要較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。

2.3 現(xiàn)場安裝方面

高壓導(dǎo)汽管座尺寸不足200mm，剛性拘束度過大，整路導(dǎo)汽管未安裝一只支吊架，造成該處成為應(yīng)力集中點(diǎn)，是促使產(chǎn)生裂紋的誘因。

因此，為了防止這些缺陷的再次產(chǎn)生，保證此鋼焊后的使用性能，應(yīng)合理選用焊材，制定科學(xué)、合理的焊接熱處理工藝方案，現(xiàn)場嚴(yán)格執(zhí)行，認(rèn)真按制定的工藝規(guī)范操作，避免裂紋缺陷的再次產(chǎn)生。

3 裂紋缺陷處理過程控制

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）施工前技術(shù)人員根據(jù)工藝評定編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書及熱處理工藝卡，對參與該項(xiàng)目施工的人員進(jìn)行施工方案、安全及技術(shù)交底，對每個工序的施工要點(diǎn)、施工工藝、質(zhì)量控制提出了明確的要求，并著重宣讀了電廠的安全規(guī)章制度、文明施工要求。

（2）在安全、文明施工方面應(yīng)提前做好籌劃，根據(jù)工程特點(diǎn)分析出安全、文明風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定有針對性的防范措施，安排專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場安全、文明施工的監(jiān)控，并做好安全、文明施工的宣傳工作，讓業(yè)主放心、安心。

（3） 在施工工藝、質(zhì)量方面制定詳細(xì)的質(zhì)量監(jiān)控措施，確保每項(xiàng)工序能夠嚴(yán)格按照施工方案、工藝要求執(zhí)行。所有電動、吊裝工器具校驗(yàn)合格，并貼有合格證。

3.2 施工工序

管道臨時(shí)加固→原焊縫切除至根部并開坡口→根部焊縫、坡口檢測→預(yù)熱→坡口面堆焊過渡→焊接→焊后熱處理→無損檢測→支架拆除并清理現(xiàn)場

3.3 管道臨時(shí)加固

根據(jù)施工方案及業(yè)主要求，分別對高壓缸上、下方的高壓導(dǎo)汽管進(jìn)行加固，以防止在缺陷處理過程中因受力不均發(fā)生意外。

3.4 原焊縫切除至根部并開坡口根部焊縫、坡口檢測

由于檢測要求，現(xiàn)場焊縫已磨平，無法分辨焊縫邊緣；且缸體側(cè)材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V-B2，導(dǎo)汽管側(cè)材質(zhì)為ZG1Cr10MoWVNbN，焊縫材質(zhì)為R337，通過光譜檢測只能區(qū)分一側(cè)焊縫邊緣的位置。

為此首采用環(huán)形坡口機(jī)對焊縫進(jìn)行割除，割除寬度為50mm，待割除深度至50mm后，進(jìn)行滲透、磁粉檢測坡口面是否存在裂紋等缺陷。檢測合格后，則坡口寬度不變、深度割除至80mm后再次進(jìn)行滲透、磁粉檢測。若檢測仍存在裂紋等缺陷，則繼續(xù)增加坡口的寬度及深度。待檢測合格后方可進(jìn)行下一道工序。

坡口清理：補(bǔ)焊區(qū)及坡口邊緣10mm-15mm內(nèi)仔細(xì)清理氧化皮、銹斑斑和油污等，不允許有任何影響焊接質(zhì)量的污物存在。4只焊縫坡口尺寸見圖1。

3.5 焊前預(yù)熱

根據(jù)焊接工藝要，在規(guī)定的加熱范圍內(nèi)對坡口兩側(cè)進(jìn)行電加熱預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250℃，升溫速度50℃/h。由于管徑、壁厚較大，為保證根部溫度達(dá)到250℃，將坡口處包扎上保溫棉降低熱量的散失，熱電偶監(jiān)測溫度到達(dá)后保溫5h以上，用紅外線測溫槍實(shí)時(shí)測量坡口溫度，待溫度達(dá)到規(guī)定溫度后方可進(jìn)行焊接。

3.6 焊接過程

（1） 坡口面堆焊過渡層。預(yù)熱溫度達(dá)到后，焊接方法采用SMAW，焊材采用R317，規(guī)格為Φ3.2mm，對高壓導(dǎo)汽管側(cè)坡口用熔覆1層過渡層，厚度為3mm-4mm，并對因挖出缺陷造成的坡口不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)修。然后進(jìn)行磁粉檢測，確保無缺陷后進(jìn)行下一步操作。

（2）填充焊接。焊接方法采用SMAW，焊材選用R317，規(guī)格為Φ3.2mm，在焊接過程中嚴(yán)格執(zhí)行以下操作要求：

1）每個焊口由兩/三名焊工同時(shí)施焊，焊接時(shí)相互檢查監(jiān)督；焊接電流控制在100-130A范圍內(nèi)，整個焊接過程層間溫度保持在200℃-300℃范圍內(nèi)，使用紅外線測溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)控層間溫度，保持達(dá)到工藝要求溫度且波動盡可能小。

2）采用多層多道焊接，注意接頭質(zhì)量，焊接接頭須錯開至少10-15mm，起弧后要講起弧點(diǎn)充分熔合，避免產(chǎn)生未熔合，收弧后要將弧坑填滿，避免產(chǎn)生弧坑裂紋，及時(shí)修磨起、收弧接頭，保證起、收弧質(zhì)量；加強(qiáng)道間、層間清理，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，確認(rèn)合格后繼續(xù)施焊。

3）嚴(yán)格控制焊接線能量，焊道寬度不超過焊條直徑的4倍，每根完整的焊條所焊接的焊道長度與該焊條的熔化長度之比應(yīng)大于50%。

（3）蓋面層焊接。在填充焊接完畢并經(jīng)檢測無誤后，進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層要高出母材5mm-6mm，對上一層焊縫金屬進(jìn)行自回火處理，消除部分應(yīng)力，增強(qiáng)焊縫金屬的塑韌性。

3.7 焊后處理

（1）后熱。焊接完畢后，緩慢冷卻至100℃時(shí)進(jìn)行后熱處理即低保，溫度為100℃，恒溫時(shí)間為2h。通過這一措施促使焊縫中的氫擴(kuò)散溢出，防止冷裂紋的產(chǎn)生。

（2）焊后熱處理。根據(jù)管件的壁厚及材質(zhì)，熱處理工藝見圖2，在低溫保護(hù)2h后，選擇升溫速度為50℃/h，焊后熱處理溫度為735±5℃，保溫5h，降溫采用顱內(nèi)冷卻，降溫速度在30℃/h-50℃/h，300℃以下可不做控溫。

加熱器要布置規(guī)范、合理，保溫棉包扎緊湊，熱電偶、加熱器的布置方式見圖3。

3.8 無損檢測

焊后熱處理完畢后，將表面焊縫打磨拋光，對焊縫進(jìn)行各項(xiàng)檢測，檢測包括：光譜復(fù)核、滲透檢測、磁粉檢測、超聲檢測、硬度檢測，經(jīng)檢測均符合標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果判定為合格。

3.9 施工完畢

拆除加固措施并對施工場地進(jìn)行清理，做到工完、料盡、場地清。

4 結(jié)論

通過對高壓導(dǎo)汽管與高壓外缸連接處的焊縫中存在裂紋缺陷的處理、焊接熱處理過程中科學(xué)合理控制，嚴(yán)格監(jiān)控和質(zhì)量監(jiān)督，所完成的焊縫層道均勻、成型美觀，經(jīng)過檢測，所有結(jié)果合格，保質(zhì)保量的按期圓滿完成了裂紋處理，確保了該百萬千瓦機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T869-2012，火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]山東電力建設(shè)第一工程公司焊接工藝評定[Z].

作者簡介：張立祥（1986-），男，甘肅隴南人，中專，主要從事電力建設(shè)焊接熱技術(shù)管理工作。