鍋爐上人孔圈與殼體角焊縫裂紋缺陷原因分析及處理

樊繼磊，孫族杰，陸堅

（寧波市特種設備檢驗研究院，浙江 寧波 315300）

鍋爐是一種具有高溫高壓的熱能設備，用它將水轉(zhuǎn)化成熱能或者熱蒸汽，在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，是一種使用普遍，既危險而又特殊的設備。一旦鍋爐出現(xiàn)質(zhì)量問題，因為高壓高溫而造成安全事故會對生命與財產(chǎn)安全造成重大損失。因此鍋爐設備的使用一定要謹慎安全，一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐設備有任何異常或者問題，應該及時停止鍋爐的運行將異常問題解決完善，才能繼續(xù)投入使用。本文主要對DZL2-1.25-S型號鍋爐的人孔圈與殼體產(chǎn)生裂紋的原因進行分析，提出相應的處理措施。

DZL2-1.25-S型鍋爐原型為DZL2-1.25-ALL型臥式燃煤蒸汽工業(yè)鍋爐，在運行的過程中額定蒸發(fā)量為2t/h，額定壓力為1.25兆帕，介質(zhì)的額定溫度為194攝氏度，燃燒方式為鏈條爐排，使用的是II類煙煤，鍋爐熱效率為61%，于2011年4月制造，2011年9月投入工業(yè)使用。因為該鍋爐在使用的過程中，燃燒的是II類煙煤，加上該鍋爐輔機的配置與燃燒設備的設計不合理，造成該鍋爐在使用II類煙煤運行的過程中達不到國家對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)保標準的要求，于是被當?shù)丨h(huán)保部門責令限期整改，對鍋爐進行節(jié)能減排改造方案，經(jīng)改造之后鍋爐的型號為DZL2-1.25-S型，將以前的燃燒方式改為固定爐排燃燒方式，染料使用生物質(zhì)顆粒，鍋爐的熱效率達到76.7%。

1 問題的提出

在鍋爐上開設人孔是為了維修檢查人員能夠通過人孔進入到鍋爐內(nèi)部，對鍋爐內(nèi)部情況進行檢查修理以及維護保養(yǎng)。鍋爐人孔一般為橢圓形，人孔的規(guī)格尺寸一般為300毫米×400毫米。鍋爐人孔的開設一般是在鍋爐制造完成以后進行，在人孔設立的位置對鍋爐殼體進行切割成型。在人孔開設以后，大大的削弱了鍋爐人孔周圍的鍋殼與管板的強度，為了對削弱的強度進行彌補，會在開設的人孔周圍焊接一個加強圈，這個加強圈就是“人孔圈”。人孔圈的材料為20g,厚度為20毫米，在焊接的時候，采用的是開坡口型的雙面填角焊。

由于這種人孔圈的剛性拘束力量很大，在焊接的過程中受到的焊接應力也非常大，在焊好以后鍋爐在運行過程中，該部位受到的鍋爐內(nèi)部熱應力影響以及外部荷載和其他應力影響非常大，經(jīng)常在鍋爐的長軸方向發(fā)生人孔圈與鍋爐殼體之間的裂縫，造成安全事故。

DZL2-1.25-S型鍋爐在內(nèi)部檢驗過程中，檢驗人員發(fā)現(xiàn)人孔圈與鍋殼內(nèi)側(cè)角焊縫產(chǎn)生了裂紋，經(jīng)過測量，該裂紋長度約230毫米，如圖1所示。

2 原因分析

DZL2-1.25-S型鍋爐人孔圈與殼體產(chǎn)生裂縫的原因從焊接工藝和檢驗檢測方面分析，主要表現(xiàn)在以下幾點：

2.1 未按照嚴格的焊接工藝流程焊接

在對人孔加強圈與鍋爐殼體進行焊接時，沒有做好焊接工作的充分準備，例如對焊條進行選擇時沒有結合人孔圈與鍋爐殼體的制造材料進行科學分析，最終使用的焊材不合乎該部位的焊接要求，未認真對待焊接環(huán)境，未做足焊接前的預熱處理工作，導致焊接質(zhì)量不達標，鍋爐在使用之后出現(xiàn)裂紋：

圖1 DZL2-1.25-S型鍋爐人孔圈與殼體角焊縫裂紋

（1）在對人孔圈焊接設計的時候沒有對設計使用的焊接工藝進行評定，使得選擇的焊接工藝達不到鍋爐的殼體材料成分與人孔圈材料成分的焊接標準，導致人孔圈部位的壓力強度不夠，未能達到設計使用的年限。

（2）在進行焊接工作時，焊接工藝人員沒有嚴格按照工藝指導書執(zhí)行，焊接時電流低、電壓高、空氣濕度太大等諸多影響因素造成了焊接缺陷。

（3）焊接工藝人員技術水平有限，焊接質(zhì)量不合格。

（4）焊后沒有按熱處理工藝要求的溫度與時間進行熱處理也可能出現(xiàn)裂紋缺陷問題。

2.2 從檢驗檢測方面分析

（1）鍋爐的制造企業(yè)未嚴格實施質(zhì)量管理體系。在鍋爐制造過程中當出現(xiàn)焊工持證類別不符合、焊接技術不合格、未嚴格按照焊接作業(yè)指導書進行焊接時，相關工程技術人員與檢驗檢測人員未能及時發(fā)現(xiàn)這些焊接缺陷。或者是當他們發(fā)現(xiàn)這些焊接工藝錯誤與產(chǎn)品質(zhì)量缺陷時，產(chǎn)品質(zhì)量控制意識不足，沒有及時上報相關的管理機構與檢驗檢測機構對以上不足進行糾正處理，造成產(chǎn)品制造質(zhì)量控制不嚴。

（2）檢驗檢測機構未發(fā)揮應有的作用。鍋爐屬于特種設備，在制造的過程中應該有監(jiān)督檢驗人員進行過程監(jiān)督，確保鍋爐制造的每一個環(huán)節(jié)都能夠嚴格按照制造工藝及相關標準進行。所以在鍋爐的制造過程中，相關的監(jiān)督檢驗人員未進行實時的監(jiān)督與檢查?；蛘呤窃诒O(jiān)督檢查鍋爐人孔圈與殼體的焊接時，未嚴格執(zhí)行《GB/T 16508—2013鍋殼鍋爐》系列標準，沒有對焊接材料、焊接工藝、焊接質(zhì)量按上述標準進行檢測，最終導致在人孔加強圈與鍋爐殼體焊接的這一環(huán)節(jié)中，出現(xiàn)了嚴重的質(zhì)量缺陷，而未及時發(fā)現(xiàn)，在使用的過程中，導致該部位受到鍋爐內(nèi)部熱應力與外界荷載應力的影響出現(xiàn)了230毫米長的裂紋，嚴重威脅到生產(chǎn)及生命安全。

3 檢驗檢測標準

對鍋爐人孔圈與鍋爐殼體焊接部分的強度檢測時按照GB/T 16508.3—2013《鍋殼鍋爐第 3 部分： 設計與強度計算》標準進行。應用該標準進行強度計算時，主要是以材料力學和薄膜理論為基礎，結合經(jīng)驗系數(shù)進行簡化計算。

對該部位的施焊工藝進行檢測時，以TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》[2]為依據(jù)標準，根據(jù)該標準中的3.23.1.( 4) 相關要求，焊接工藝未按照相關的設計圖紙與要求進行，會嚴重降低人孔圈與鍋爐殼體之間焊接部位的強度，使得鍋爐在運行的過程中應力集中，成為焊接部位產(chǎn)生裂紋和應力腐蝕的缺陷集中區(qū)域。

根據(jù)TSG G7001-2015《鍋爐監(jiān)督檢驗規(guī)則》[3]第2.1.4（9）條規(guī)定，檢查焊接接頭外觀質(zhì)量是否符合相關標準的要求（B類）。按照《鍋爐監(jiān)督檢驗規(guī)則》中的1.3.4（2）條規(guī)定標準，B類是指在對鍋爐安全使用性能有重大影響的重點施工項目，應該由監(jiān)督檢驗人員在現(xiàn)場進行實時監(jiān)督、實物檢查，如果監(jiān)督檢驗人員不能實時的到達監(jiān)督現(xiàn)場，相關的受檢單位可以在自檢合格以后進行下一步工作。但是監(jiān)督人員應該隨后完成對重點項目的質(zhì)量檢查，確認質(zhì)量合乎標準以后繼續(xù)下一步工作。

4 修復措施

對鍋爐人孔加強圈與殼體之間產(chǎn)生的裂紋進行修復時，按照焊前硬度檢測-缺陷確認-缺陷打磨清除處理-著色探傷檢測-焊條烘干工作-焊前預熱工作——焊接修復-焊后熱處理工作-強度復檢-無損探傷檢測基本程序進行。

著重強調(diào)在進行焊接工作時一定要嚴格按照焊接工藝流程進行，按照TSG G7001-2015《鍋爐監(jiān)督檢驗規(guī)則》對焊接修復工藝、質(zhì)量及外觀進行監(jiān)督檢查。然后對整段補焊區(qū)進行焊后熱處理，測溫點需要按照上、中、下三個不同的位置對人孔、圈的補焊區(qū)進行設置，保證補焊區(qū)加熱均勻(如圖2）。

圖2 熱處理工藝曲線

對補焊區(qū)外觀與表面進行百分之百的檢查，修復的焊縫須符合《GB/T 16508—2013鍋殼鍋爐》技術要求，并嚴格按照TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)范進行驗收。對修復焊縫按照標準NB/T47013.3-2015進行百分之百的超聲波檢查，其技術等級不低于B級，焊接接頭質(zhì)量等級不低于I級，按照標準NB/T47013.5-201進行滲透探傷檢查，焊接接頭質(zhì)量等級不低于I級。硬度的檢測標準需要符合DL5007-92和DL440-91標準。