火電廠受熱面噴涂區(qū)換管易出現(xiàn)裂紋問題研究

王新偉，孫 全，馮佐江

（陜西榆林能源集團(tuán)楊伙盤煤電有限公司，陜西榆林 719316）

0 引言

燃煤機(jī)組在爐膛內(nèi)吹灰器區(qū)域及未燃帶上方3～4 m 是磨損的重點(diǎn)區(qū)域，每次停爐檢修都要進(jìn)行大面積補(bǔ)焊或換管。為有效減輕該區(qū)域的磨損，燃煤電廠都采取噴涂技術(shù)措施使磨損情況得到有效緩解，但是局部區(qū)域仍存在磨損較嚴(yán)重的情況，仍需采取補(bǔ)焊和換管來消除缺陷。由于噴涂層的存在，對保證焊接質(zhì)量形成較大障礙，在處理這些磨損缺陷時(shí)，如果采取工藝措施不當(dāng)，會在焊縫區(qū)域或邊緣產(chǎn)生裂紋，大大降低了焊口合格率，同時(shí)也給鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下重大隱患。因此通過對受熱面噴涂層區(qū)域焊接及補(bǔ)焊工藝優(yōu)化，確保焊接質(zhì)量。從而節(jié)省檢修時(shí)間，提高檢修效率，減少直接損失和間接經(jīng)濟(jì)損失。

1 焊縫區(qū)域或邊緣產(chǎn)生裂紋的原因分析

噴涂層區(qū)域水冷壁鋼管在補(bǔ)焊區(qū)域開裂形狀不規(guī)則，取決于補(bǔ)焊的面積和焊接方向。而焊口因管件縱向拉應(yīng)力和焊接接頭熔合區(qū)性能較弱的原因，開裂形態(tài)大多是沿焊縫邊緣呈環(huán)向開裂。從開裂的形態(tài)可以判斷裂紋是沿焊接熔融金屬的一次結(jié)晶晶界開裂，屬于結(jié)晶裂紋。

結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理：焊縫金屬在凝固過程中，最后凝固的存在于固相晶體間的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬已成薄膜，碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼中的硫、磷、硅、鎳都能形成低熔點(diǎn)共晶，在結(jié)晶過程中形成液態(tài)薄膜。由于液態(tài)薄膜強(qiáng)度低而使應(yīng)變集中，但同時(shí)其變形能力很差，塑性很低，在應(yīng)力作用下而開裂。因此產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的主要原因是焊縫中低熔點(diǎn)共晶體的存在，而低熔點(diǎn)共晶體能夠進(jìn)入焊縫只有通過焊材或焊件熔化的母材兩個(gè)途徑。

1.1 噴涂主材及封孔劑的成分

（1）噴涂層主材采用原裝美國SMC 國際超合金集團(tuán)（Special Metals Corporation）公司進(jìn)口的72TSW 材料，厚度為0.4～0.6 mm，主要成分為硼化物金屬復(fù)合陶瓷、Ni、Cr、Ti、AL、稀土。

（2）封孔劑選用具有優(yōu)異的滲透性能和高溫封孔能力的封孔劑，采用高溫納米復(fù)合陶瓷涂料作為封孔劑。高溫納米復(fù)合陶瓷封孔劑主要成分為非金屬化合物、非金屬氧化物及稀土氧化物復(fù)合陶瓷材料。

1.2 受熱面管材料成分

目前國內(nèi)超超臨界機(jī)組爐膛受熱面基本選用15CrMo、12Cr1MoV（表1）。

表1 受熱面管材料的成分

1.3 焊絲材料的成分分析

（1）R30 焊絲的主要合金元素成分接近15CrMo（即1%Cr-0.5%Mo）,作為耐熱鋼焊絲使用時(shí)，與15CrMo 鋼合金成分相匹配，即是用于焊接15CrMo 的?？偨Y(jié)起來，R30 作為耐熱鋼焊絲使用時(shí)，主要用于0.5%Cr-0.5%Mo 鋼、1%Cr-0.5%Mo 鋼、1.25%Cr-0.5%Mo 鋼的焊接。

（2）R31 焊絲屬鉻鉬耐熱鋼焊絲，型號是ER55B2MnV，工作溫度在540 ℃以下，主要焊接耐熱抗氧化抗腐蝕的珠光體合金鋼，如12Cr1MoV。

1.4 裂紋產(chǎn)生的原因

綜上所述焊絲的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)，不會產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶體。而受熱面鋼管表面附有噴涂層，厚度為0.4～0.6 mm，主要成分為硼化物金屬復(fù)合陶瓷、Ni、Cr、Mo、AL、稀土。因此可推斷，由于補(bǔ)焊區(qū)打磨不凈，導(dǎo)致噴涂材料中硼化物金屬復(fù)合陶瓷、AL、稀土等有害成分熔入焊縫金屬內(nèi)部，導(dǎo)致焊縫金屬內(nèi)部形成低熔點(diǎn)共晶體。液態(tài)焊縫金屬在結(jié)晶后期凝固晶粒較多時(shí)，晶界處的低熔點(diǎn)相尚未凝固，呈液膜狀態(tài)散布在晶粒表面。由于晶粒脆弱的液態(tài)薄膜無法承受由凝固冷卻收縮引起的拉伸應(yīng)力，就會在晶界分離，形成結(jié)晶裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致開裂。

2 防止裂紋產(chǎn)生的預(yù)控措施

因噴涂層的厚度為0.4～0.6 mm,所以焊接區(qū)域周圍除按要求寬度打磨外，為避開噴涂層保險(xiǎn)起見打磨深度不小于1 mm。然后按照常規(guī)焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊或組對焊接。

2.1 受熱面噴涂區(qū)域割管要求

（1）在爐內(nèi)搭設(shè)腳手架，首先清除管壁積灰。

（2）受熱面進(jìn)行切割時(shí),應(yīng)用砂輪機(jī)切割片進(jìn)行切割，首先切割下部管口，待下部管口切除后使用白鐵皮插入下部切割管口，做好密封后再使用切割機(jī)切割上部管口，全程做好封堵措施，防止切割中異物進(jìn)入受熱面管。

（3）如照明光線不好時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備充足的臨時(shí)照明。

（4）切割時(shí),爐內(nèi)人員與爐外人員應(yīng)協(xié)調(diào)配合，分工明確。

2.2 受熱面換管管道內(nèi)潔凈化施工

（1）管道切割后使用易溶紙進(jìn)行上下管口的封堵工作。

（2）易溶紙管口封堵必須將易溶紙堵塞在距離焊口600 mm處的管道兩端，防止焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量將易溶紙燒損，造成管道內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓影響焊接質(zhì)量。

（3）易溶紙的塞堵首先將易溶紙制作成緊密的三角柱狀進(jìn)行塞堵，塞堵至600 mm 左右焊口兩側(cè)后，再將易溶紙捻成圓球狀進(jìn)行二次塞堵，使管道內(nèi)保證絕對的密封效果。

（4）管道完全塞堵完工后進(jìn)行坡口的的加工，坡口制作完成后使用氣體將管道內(nèi)異物進(jìn)行吹掃，吹掃結(jié)束后使用磁棒將遺留在易溶紙上的鐵屑全部清理干凈，不漏任何異物在管內(nèi)。

2.3 換管表面噴涂層的清理工作

（1）噴涂層的打磨必須將管口端20 mm 區(qū)域內(nèi)噴涂層打磨干凈。

（2）管口端20 mm 區(qū)域內(nèi)噴涂層打磨干凈后還需將原噴涂融入受熱面管的1 mm 噴涂層徹底清理，清理深度應(yīng)在1 mm以上。

（3）受熱面噴涂的鰭片打磨與將原噴涂融入鰭片的1 mm 噴涂層徹底清理，清理深度確認(rèn)超過1 mm。

3 結(jié)論

對噴涂層區(qū)域水冷壁管補(bǔ)焊及焊口施工工藝優(yōu)化，能夠達(dá)到防止焊接后出現(xiàn)裂紋的目的，通過執(zhí)行工藝要求，完全可以避免噴涂層區(qū)域水冷壁補(bǔ)焊及焊口焊縫產(chǎn)生焊接裂紋缺陷，對于局部磨損可以通過補(bǔ)焊的措施消除缺陷，避免換管帶來人工及材料等費(fèi)用支出和推后檢修工期的不良影響。嚴(yán)格執(zhí)行本工藝前可以提高檢修工作效率，縮短檢修工期，降低檢修成本，消除設(shè)備安全隱患，為機(jī)組長周期運(yùn)行保駕護(hù)航。