某電廠再熱蒸汽管道焊縫缺陷原因分析及修復(fù)

李鵬厚，張野

（徐州/銅山華潤電力有限公司，江蘇 銅山 221100）

某電廠2#機(jī)組為320MW機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠DG1025/18.2-II（4）型，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋技術(shù)制造的技術(shù)型號為C320-16.7/538/538，亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組1997年5月投產(chǎn)，2#機(jī)組投運(yùn)以來經(jīng)歷了11次C級檢修，機(jī)組運(yùn)行小時(shí)接近16萬小時(shí)，按照DL/T438《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》的要求，對再熱蒸汽管道大口徑焊口進(jìn)行監(jiān)督檢查，超聲檢測發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)廠房6.3m再熱器蒸汽管道熱段三通后第一個焊縫存在超標(biāo)缺陷，本文對其產(chǎn)生原因分析、處理進(jìn)行闡述。

1 A335P22材料介紹

A335P22鋼是美國ASME標(biāo)準(zhǔn)中適用于高溫、高壓高參數(shù)下的一種珠光體耐熱鋼，抗氧化性和耐熱比較好，在國家“十一五期間”大批量投產(chǎn)的亞臨界機(jī)組主汽管道大都采用A335P22鋼，此類鋼屬于比較成熟的鋼種。但是，這種鋼具有冷裂傾向和在熱裂紋傾向，大口徑厚壁管道焊接，管道壁厚較厚、剛度大、拘束力大等因素，引起裂紋的傾向性大。

2 檢驗(yàn)過程

2020年5月對電廠2#機(jī)組再熱器蒸汽管道熱段（規(guī)格為φ561mm×25mm，材質(zhì)A335P22）焊縫進(jìn)行全面檢查，在標(biāo)高6.3m第一個三通后第一個環(huán)縫發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，超聲波檢測缺陷波幅RL+22.5dB，深度H=15.5mm，長度斷續(xù)約220mm（如圖1～4）。

圖1 三通位置

圖2 缺陷位置

圖3 缺陷波幅顯示

圖4 缺陷在焊縫的位置

3 缺陷處理過程

采用挖除缺陷然后補(bǔ)焊的方式進(jìn)行處理此焊口的超標(biāo)缺陷，在挖補(bǔ)前，對需要挖補(bǔ)的焊口附近管道進(jìn)行加固，以防止在挖除、焊接和熱處理過程中產(chǎn)生變形和其他應(yīng)力，造成缺陷擴(kuò)大或產(chǎn)生新的缺陷。在挖出缺陷時(shí)，開始用角磨機(jī)挖除，待挖至15mm深度時(shí)，采用鉸刀進(jìn)行挖除，同時(shí)，挖一層進(jìn)行一次PT檢測，直到缺陷挖除但盡量不要挖透，以防對后續(xù)焊接帶來不利影響，在挖至16mm時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷存在，為斷續(xù)的裂紋，其中斷續(xù)裂紋中間存在夾渣和氣孔等缺陷（如圖5），缺陷清除到24mm深度缺陷完全清除（如圖6）。

圖5 焊縫缺陷

圖6 缺陷清除

缺陷清除后，對挖出部分按開U型坡口型式進(jìn)行修磨，最后，形成U型坡口。焊接前，用鋼絲刷對破口周圍進(jìn)行清理，并用丙酮對坡口及坡口附近進(jìn)行清洗，以防存在夾雜物對后續(xù)焊接產(chǎn)生不利影響。

采用電加熱進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)監(jiān)測焊件坡口外熱電偶達(dá)到預(yù)熱溫度250℃時(shí)，應(yīng)保持30min，使坡口待焊部位內(nèi)外表面的溫度達(dá)到要求，應(yīng)采用便攜式紅外線測溫儀測溫；當(dāng)加熱器在待焊焊接焊縫兩側(cè)分別布置或全覆蓋布置時(shí)，應(yīng)保證測溫和控溫的準(zhǔn)確可靠、有代表性為原則，預(yù)熱時(shí)，控溫?zé)犭娕疾贾迷诩訜釁^(qū)內(nèi)，監(jiān)測熱電偶應(yīng)盡可能靠近待焊坡口，必要時(shí)，應(yīng)使用其他測溫方法檢測待焊坡口處的溫度。由于打磨消除缺陷時(shí)焊縫底部不平整，焊接先用氬弧焊采用φ2.5的TIG-R40焊絲對其進(jìn)行堆焊填充，再用手工電弧焊填充蓋面，焊接材料為φ3.2的R407焊條，第二層采用焊條電弧焊時(shí)，焊接時(shí)，要特別仔細(xì)，以防燒穿，焊條烘干后隨用隨取，用專用保溫桶領(lǐng)用，焊條領(lǐng)用后必須在4h內(nèi)使用。層間溫度不可以太高，嚴(yán)格控制層間溫度250～350℃，采用小的焊接線能量輸入，防止焊接過程中產(chǎn)生不均性組織，產(chǎn)生較大應(yīng)力，每層焊接需要目視確認(rèn)無雜物后再進(jìn)行下一道焊接，直至坡口全部焊滿，注意收弧部位要填滿。

熱處理時(shí)，應(yīng)使用不少于2支熱電偶，并沿圓周均勻布置，其中1支熱電偶布置于焊縫中心，其他熱電偶布置于焊縫邊緣1倍壁厚處，且不超過50mm，并用焊縫處的熱電偶控制溫度，升降溫度不大于240℃/h，熱處理溫度為730±10℃，恒溫時(shí)間4h，焊口熱處理時(shí)，應(yīng)有專人監(jiān)控電源，斷電后及時(shí)與運(yùn)行聯(lián)系恢復(fù)送電，以防止意外失電導(dǎo)致熱處理中斷，造成焊口產(chǎn)生裂紋和金屬組織發(fā)生變化，操作人員手工記錄應(yīng)與自動溫度記錄相符，恒溫時(shí)，注意兩側(cè)點(diǎn)溫度差應(yīng)不大于20℃，熱處理嚴(yán)格按照工藝卡執(zhí)行。焊后24h后，進(jìn)行超聲檢測和表面磁粉檢測，檢測合格未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，并同時(shí)對整個焊縫進(jìn)行硬度復(fù)核和金相檢查，所檢查符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 缺陷產(chǎn)生原因分析

（1）查閱此焊縫歷史檢測記錄，原來存在記錄性點(diǎn)狀缺陷，由于此位置為三通部位，在機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)造成此位置應(yīng)力集中，挖除缺陷時(shí)，發(fā)現(xiàn)有夾渣和氣孔存在，在交變應(yīng)力作用下成為裂紋源頭，導(dǎo)致焊縫開裂。此部位為三通部位，應(yīng)力復(fù)雜，尤其是近兩年來火電機(jī)組為滿足電力市場需要，進(jìn)行深度調(diào)峰次數(shù)較多，負(fù)荷波動造成管道交變應(yīng)力增加，增加了裂紋的擴(kuò)展。

（2）A335P92材料本身鋼具有冷裂傾向和在熱裂紋傾向，大口徑厚壁管道焊接，管道壁厚較厚、剛度大、拘束力大等因素，引起裂紋的傾向性大。

（3）焊接時(shí)，焊接工藝執(zhí)行不嚴(yán)格，有夾渣和氣孔存在，雖然不超標(biāo)，但是，為以后裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展提供了有利條件。

5 結(jié)語

（1）對超過15萬h的A335P22管道歷年檢修資料進(jìn)行復(fù)查，對原來具有記錄缺陷的部位進(jìn)行復(fù)查。

（2）盡量控制機(jī)組深度調(diào)峰次數(shù)及小時(shí)數(shù)，減少因負(fù)荷波動造成管道交變應(yīng)力增加。（3）挖除缺陷部位在挖除缺陷缺陷時(shí)，盡可能的不要挖透。（4）挖除缺陷部位補(bǔ)焊時(shí)，把不平整凹凸不平位置用氬弧焊填充平整，再進(jìn)行填充。

（5）A335P22鋼焊接性能極易產(chǎn)生冷裂紋與消除應(yīng)力時(shí)易產(chǎn)生再熱裂紋，特別注意焊接工藝卡和熱處理工藝的編制，嚴(yán)格按照工藝卡的要求執(zhí)行。