哈鍋超臨界機(jī)組檢修螺旋水冷壁焊接裂紋產(chǎn)生及處理

周 榮

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，福建 石獅 362700）

超臨界機(jī)組螺旋上升式水冷壁密封鰭片的焊接與相應(yīng)的管內(nèi)螺紋水冷壁機(jī)組焊接難度不同，同時由于近年來水冷壁高溫腐蝕的防護(hù)噴涂的涂層影響，導(dǎo)致存在高溫腐蝕的該類型水冷壁密封焊接出現(xiàn)的裂紋要比常規(guī)60OMW機(jī)組的密封焊接裂紋多，在水冷壁爆管泄漏中，密封鰭片拉裂引起的鍋爐管子爆漏、停爐占了相當(dāng)大的比例。本文旨在通過對機(jī)組檢修過程中水冷壁密封焊接裂紋的產(chǎn)生和處理的過程分析，制定相對有效的處理方案以解決類似的問題。

1.鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)介紹

福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組的2臺HG-1962/25.4-YM3型超臨界壓力變壓運(yùn)行本生直流鍋爐，本鍋爐爐膛斷面尺寸為22.1873 m寬、15.6323 m深，水平煙道深度為5.3224 m。水冷壁為全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁為垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏二者之間用過渡集箱連接，過渡點在標(biāo)高47.55 m處，轉(zhuǎn)換比為1:3。垂直段管屏管子規(guī)格31.8×6.2 mm，材質(zhì)15CrMoG，螺旋段管子采用38×7.3 mm，材質(zhì)15CrMoG。在螺旋管圈水冷壁部分采用可膨脹的帶焊接式張力板垂直剛性梁系統(tǒng)，下部爐膛和冷灰斗的荷載傳遞給上部垂直水冷壁，保證鍋爐爐膛自由向下膨脹。

2.焊接裂紋的情況統(tǒng)計

該公司近三年的機(jī)組檢修過程（2019-2021年）中，水冷壁鰭片密封焊接完成后一次檢驗中，共計發(fā)現(xiàn)：縱向鰭片裂紋527處（最長為1.2 m），橫向裂紋246處（最嚴(yán)重為延伸至管子母材1 mm），且裂紋多發(fā)生于管子向火側(cè)，且反復(fù)出現(xiàn)“焊了就裂，補(bǔ)了又裂”的情況，對檢修質(zhì)量及后續(xù)設(shè)備的可靠運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響。經(jīng)現(xiàn)場詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)：縱向裂紋往往發(fā)生在成片（8-10根）管排更換過程中最后焊接的幾條焊縫上，由于檢修工藝或者焊接方式不當(dāng)往往造成所有管排應(yīng)力集中在最后焊接的焊縫上，造成該裂紋的產(chǎn)生。橫向裂紋多發(fā)生在鰭片塞縫時的點焊處及焊縫焊接的收弧處，裂紋垂直于管子走向朝管子母材發(fā)展。此類裂紋一般較為細(xì)微且都有擴(kuò)展性，需要細(xì)致檢查或者進(jìn)行探傷檢查。在機(jī)組的運(yùn)行中，此類裂紋極易擴(kuò)展至管子母材，導(dǎo)致水冷壁管拉裂泄漏，需要引起高度的重視。

3.焊接裂紋產(chǎn)生的原因分析

產(chǎn)生焊接裂紋的主要原因有：檢修工藝不當(dāng)造成受熱面變形，最后導(dǎo)致鰭片密封焊接過程中應(yīng)力大；水冷壁割管過于集中，成片割除的范圍過大，且管排割除后未進(jìn)行固定，造成最后焊接應(yīng)力集中大；焊接參數(shù)選擇、焊接順序安排不合理造成焊接殘余應(yīng)力大；焊接前焊縫區(qū)域未清理打磨干凈，噴涂層影響焊接質(zhì)量。因此，我們在檢修過程中應(yīng)盡可能優(yōu)化檢修割管和恢復(fù)的工序，合理選擇焊接工藝，做好焊前的打磨清理（針對有高溫腐蝕防護(hù)涂層的區(qū)域）可有效地減小焊接殘余應(yīng)力，減少焊接裂紋的產(chǎn)生。

3.1 縱向裂紋產(chǎn)生原因

一是水冷壁檢修割管過程中，采取先大面積割管后進(jìn)行恢復(fù)焊接的方式，導(dǎo)致水冷壁開口大、變形大，在恢復(fù)過程中出現(xiàn)強(qiáng)行拉拽管排拼縫的情況，產(chǎn)生了極大的應(yīng)力，導(dǎo)致縱向裂紋發(fā)生；二是鰭片填縫時安裝不到位，導(dǎo)致在焊接時應(yīng)力集中造成焊縫開裂；三是為了加快檢修進(jìn)度，采用較大的焊接電流，線能量輸入大；四是為了檢修進(jìn)度，往往“圖省事”，采用依次順序焊接的方式，焊接手法及焊接順序選擇不合理，造成相對集中的焊接應(yīng)力；

3.2 橫向裂紋產(chǎn)生原因

一是點焊產(chǎn)生的橫向裂紋主要是由檢修工藝不當(dāng)造成的，其中主要體現(xiàn)在：現(xiàn)場施工過程中由于點焊質(zhì)量不過關(guān)造成點焊處強(qiáng)度不夠；鉗工在填塞鰭片時，往往是先將鰭片一頭點焊，然后用手錘等工具進(jìn)行逐段敲擊填充，容易造成各個點焊焊縫受到很大作用力產(chǎn)生裂紋。二是焊接收弧時由于焊接時熔池不飽滿、收弧過急、焊接接頭重疊、熔合不良、熔池金屬冷卻過快等原因產(chǎn)生收弧裂紋。三是焊接結(jié)晶裂紋主要集中在水冷壁向火面進(jìn)行過防腐蝕噴涂的區(qū)域，由于在焊接時未將焊縫區(qū)域的噴涂層材料清理打磨干凈，導(dǎo)致噴涂材料熔融進(jìn)焊縫金屬內(nèi)部，改變了焊縫金屬的化學(xué)成分，在晶界處產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，最終導(dǎo)致焊縫開裂。

4.檢修焊接注意事項

鰭片裂紋的產(chǎn)生原因很多，也很復(fù)雜，因此在機(jī)組檢修鰭片焊接過程中，要細(xì)化對水冷壁檢修方案編制，明確檢修工藝順序及焊接順序，減少水冷壁受熱面的大開口，同時細(xì)化密封焊接工藝的方案，明確密封結(jié)構(gòu)要求、焊接部位要求，優(yōu)化焊接位置結(jié)構(gòu)，制定合理的焊接工藝卡，提高焊接質(zhì)量，減少焊接裂紋，避免水冷壁管泄漏事故的發(fā)生。參與焊接作業(yè)的焊工應(yīng)經(jīng)過正規(guī)的焊接培訓(xùn)，持證上崗。在作業(yè)前應(yīng)開展焊接考核，并進(jìn)行詳細(xì)的焊接注意事項交底，明確獎懲；檢修過程中使用的電焊機(jī)應(yīng)進(jìn)行修前檢查，檢查電流調(diào)整靈活性、準(zhǔn)確性，電流表和電壓表顯示正常無誤，并進(jìn)行試用合格；采購合格的焊材，所有焊材使用前經(jīng)過光譜復(fù)查，在使用過程中有專人進(jìn)行管理，避免焊材使用錯誤，同時可以考慮焊條的焊接特性，采用較好抗裂性的焊條。焊條應(yīng)按照規(guī)定烘干使用，在使用過程中加強(qiáng)保溫桶的保溫管理，隨用隨取，避免焊條受潮或者受到其他污染物的污染。由于該電廠地處沿海，海風(fēng)較大，在焊接過程中極容易受到爐膛壓力影響和左右側(cè)水冷壁穿堂風(fēng)影響，因此在焊接過程中應(yīng)使用防火毯、防火篷布等措施對焊接區(qū)域進(jìn)行防風(fēng)處理，剩余最后幾道焊縫施工時可使用保溫棉等措施進(jìn)行防風(fēng)處理，避免出現(xiàn)焊縫冷卻過快導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。在割管過程中盡量使用切割機(jī)進(jìn)行鰭片密封的割除，既能使密封焊縫平整便于焊接，又能減少鰭片焊接前焊縫的清理工作量，密封焊縫平整間隙小也可以減少焊接量，減少熱量輸入，對控制變形和焊接裂紋有較明顯的作用。若使用火焰切割的方式在填充鰭片前應(yīng)做好清理工作，將焊接區(qū)域表面的污物、涂層等清理干凈，露出金屬光澤，并保證無裂紋等缺陷。在割管時應(yīng)根據(jù)缺陷情況合理安排割管的范圍及面積，同一時間不宜進(jìn)行大面積的割管，盡量減小受熱面的開口面積，減少恢復(fù)過程中最后幾根管的應(yīng)力集中。同時在割管后應(yīng)做好割管區(qū)域的加固工作，特別是垂直張力板如果有割除的更需要加強(qiáng)對相關(guān)區(qū)域受熱面的固定，減少受熱面變形。為減少在填縫過程中鰭片使用錘擊強(qiáng)行就位，在塞填鰭片前應(yīng)將所有需要塞填的焊縫打磨平整，鰭片下料時做好尺寸控制，減少塞填過程中反復(fù)錘擊、修切，一次塞填完成。同時在鰭片點焊固定后要做好焊點的檢查，檢查焊點焊接正常無相關(guān)缺陷后方可開始整體焊縫焊接工作。同時注意點焊作業(yè)應(yīng)由專業(yè)焊工進(jìn)行，用于確保點焊的質(zhì)量。在水冷壁管排焊接對口前應(yīng)做好受熱面變形情況的檢查，若出現(xiàn)變形嚴(yán)重影響鰭片塞填的情況，應(yīng)先將變形嚴(yán)重的管排進(jìn)行矯正或者更換，保證鰭片密封部位結(jié)構(gòu)正常。在塞填水冷壁鰭片時，應(yīng)盡量將鰭片中心塞填至上下兩根水冷壁管中心線位置，保證中心盡量對齊，減少焊接后的內(nèi)應(yīng)力。在采購水冷壁鰭片時，應(yīng)根據(jù)圖紙設(shè)計以及檢修現(xiàn)場經(jīng)驗制定合理的鰭片尺寸，要求廠家一次加工成型，減少現(xiàn)場的修割，同時要求廠家在生產(chǎn)時制作好雙面坡口，用以確保鰭片密封焊接強(qiáng)度。大片管屏區(qū)域連續(xù)多條焊縫時應(yīng)采取錯縫、交叉、跳焊等措施，爐內(nèi)外宜同時作業(yè)，從最中間焊縫往外焊接，爐內(nèi)外雙面焊縫應(yīng)同時考慮交叉焊或跳焊，控制好焊接順序，減少焊接變形和焊后裂紋的產(chǎn)生。焊接時應(yīng)要求現(xiàn)場焊工的焊接方向沿著螺旋上升的方向從下往上堆焊，確保足夠的焊縫強(qiáng)度，減少焊接后裂紋的產(chǎn)生。在焊接過程中應(yīng)注意控制焊接電流的大小，焊接電流應(yīng)盡量小，同時在條件允許的情況下盡量采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的方式代替手工電弧焊，減少焊接線能力的輸入，減小焊接熱應(yīng)力，將焊后裂紋產(chǎn)生的概率將至最低。在水冷壁鰭片焊接過程中，尤其需要重視焊接收弧熔池應(yīng)飽滿，減少焊縫接頭的重疊，避免出現(xiàn)裂紋。在焊接后宜等待一段時間（比如一整夜或一天）后再進(jìn)行焊接密封質(zhì)量的檢查和處理。在檢查前必須將焊縫區(qū)域的藥皮清理干凈，確保檢查的質(zhì)量。焊接完成后由于檢修時間受限需要立即進(jìn)行檢查和恢復(fù)的，若檢查過程中發(fā)現(xiàn)裂紋，也不宜立即處理，應(yīng)放置一段時間待應(yīng)力徹底釋放后再進(jìn)行處理，避免反復(fù)焊接反復(fù)裂的情況發(fā)生。同時處理過程中應(yīng)將裂紋徹底打磨干凈甚至磨透后重新進(jìn)行焊接處理。檢修過程中水冷壁鰭片密封焊接質(zhì)量對水冷壁檢修質(zhì)量的影響極大，因此需要現(xiàn)場技術(shù)管理人員特別是焊接管理人員加強(qiáng)對現(xiàn)場焊接過程的巡查，及時發(fā)現(xiàn)焊接過程中存在的不足和違反工藝方案的行為，督促焊工按照既定焊接工藝卡進(jìn)行焊接作業(yè)。同時也可以采取激勵措施提高焊工對焊接質(zhì)量自行把關(guān)的積極性，也對焊接質(zhì)量的提升有極大的促進(jìn)作用。

5.結(jié)語

在該廠#1鍋爐水冷壁檢修過程中，嚴(yán)格按照上述檢修焊接注意事項開展水冷壁檢修過程鰭片密封焊接管理，焊接裂紋得到了很好的控制，出現(xiàn)的次數(shù)極大幅度得到了降低（縱向1處、橫向1處）。但值得我們注意的是，上述工藝要求的執(zhí)行需要時間作為基礎(chǔ)，在機(jī)組檢修過程中需要嚴(yán)格做好檢修工期計劃的制定，特別是要為各檢修項目完成后的驗收及質(zhì)量整改留足充足的時間，否則匆忙進(jìn)行缺陷的處理，只會出現(xiàn)“越處理越難處理”的情況。但不管檢修時間的長與短，我們一定要秉承質(zhì)量原則，制定良好的焊接工藝，做好過程監(jiān)督和細(xì)致的焊后檢查，確保檢修焊接質(zhì)量，保障設(shè)備的安全和穩(wěn)定。