某600 MW機組再熱器防磨罩固定焊點產生裂紋原因分析

于鵬峰，段學農，劉志輝

（1.湖南省電力公司試驗研究院，長沙市，410007；2.華潤電力湖南有限公司，湖南省郴州市，423000）

0 引言

某電廠鍋爐在投產2年后首次大修水壓試驗過程中，低溫再熱器至高溫再熱器過渡段管子發現多處漏點，這些漏點集中在管子與防磨罩的焊接處。泄壓后對同類型防磨罩焊接處進行擴大性檢查發現多處防磨罩與管子焊接處焊縫產生裂紋并傷及母材，因此有必要進行進一步原因分析，以避免產生類似的安全隱患。

1 鍋爐簡介

該鍋爐系北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的B&W B2028/17.4-M亞臨界參數、自然循環、雙拱爐膛、一次再熱、固態排渣、“W”型火焰鍋爐。燃燒器布置在下爐膛前后拱上，尾部為雙煙道結構，采用擋板調節再熱汽溫，平衡通風，露天布置。每臺鍋爐配有6臺沈陽重型機器廠生產的BBD4060A型雙進雙出鋼球磨煤機，24個EI-XCL濃縮型煤粉燃燒器；燃燒器錯列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前墻12只、后墻12只。鍋爐設計燃用無煙煤，主要設計參數如表1。表1中BMCR工況為鍋爐最大連續蒸發量工況、BRL為機組運行壽命內平均效率的額定工況。

2 泄漏點檢查情況

該鍋爐過熱器及再熱器吹灰通道處防磨罩均為鍋爐廠出廠攜帶，防磨罩固定方式為兩頭用抱箍固定，中間兩端與母材焊接，防磨罩與母材焊接焊縫較長（大部分在6～80 mm之間，設計為50 mm）。

將泄露的5根管子切割下來進行檢查發現：其中1、2號管子在割除防磨罩后，在原焊接處進行了打磨并進行了磁粉檢測，1號管子有2條裂紋，長度分別為55 mm（圖1）和10 mm，2號管子有1條裂紋，長度為55 mm（圖2）。3、4、5號管子未去除防磨罩，直接對焊縫進行檢測，3號管子有2條裂紋，長度分別為50 mm和10 mm（圖3）。

表1 鍋爐主要設計參數Tab.1 The main design parameter

圖1 1號管裂紋（長55 mm）Fig.1 Cracks of No.1 pipe (55 mm in length)

圖2 2號管裂紋（長55 mm）Fig.2 Cracks of No.2 pipe (55 mm in length)

圖3 3號管裂紋（長10 mm）Fig.3 Cracks of No.3 pipe (10 mm in length)

3 原因分析

3.1 材質分析

低溫再熱器管段材質為12Cr1MoV，防磨罩材質相當于Cr18Ni9。管材與防磨罩的焊縫材質為E7018A1（Cr含量約為6%，Mo含量約為0.5%，V含量約為0.1%），材質中不含鎳（Ni）成分，因此低再管與防磨罩的焊縫是異種鋼對接焊縫。按照《火力發電廠異種鋼焊接技術焊規程》要求：當兩側鋼材之一為奧氏體不銹鋼，且工作溫度低于425℃時，可選用與所焊奧氏體不銹鋼相應的焊條（焊絲）；對工作溫度大于425℃的耐熱合金鋼管子、管件承壓部件進行補焊或在其上焊接管接頭時，若限于條件，焊后無法進行熱處理時，推薦選用鎳基焊條。因此，此焊材的選用不夠恰當。

3.2 焊接工藝分析

經擴大性檢查發現低再至高再過渡段區域仍有100余根存在防磨罩焊縫裂紋，且焊縫收弧點均存在不同程度弧坑，裂紋均在收弧點弧坑處，如圖3、4所示。在高過、屏過處也存在少量該種現象。

圖4 3 號管收弧點弧坑Fig.4 Crater at the arc stopping point of No.3 pipe

圖5 4 號管收弧點弧坑Fig.5 Crater at the arc stopping point of No.4 pipe

12Cr1MoV珠光體耐熱鋼為低合金耐熱鋼，此類鋼的Cr含量較高，在500～550℃時具有較高的熱強性和持久強度。12Cr1MoV鋼的化學成分及力學性能見表2。

由表2可見，12Cr1MoV鋼的碳及合金元素含量較多，淬硬敏感性較大，易在焊縫及熱影響區出現淬硬組織。在接頭剛性及應力較大時，易產生冷裂紋。焊接時應采取必要的工藝措施，使焊接接頭有足夠的熱強性能，同時發現存在弧坑時須在弧時將弧坑填滿。

表2 12Cr1MoV珠光體耐熱鋼化學成分Tab.2 The chemical constituents of 12Cr1MoV pearlite

異種鋼焊接接頭和同種鋼焊接接頭有本質差異，主要是熔敷金屬與兩側焊接熱影響區和母材存在不均勻性。不均勻性包括化學成分不均勻、組織的不均勻性、性能的不均勻性、應力場分布不均勻。當焊工未能完全執行焊接工藝產生弧坑時，焊材在收弧和起弧處容易產生弧坑裂紋。

異種鋼對接接頭的熱膨脹系數和導熱系數也不同，所以當鍋爐啟停時，異種鋼對接接頭各部位的熱膨脹系數不同引起塑性區域不同，造成應力增大。當焊接接頭中存在弧坑裂紋時，裂紋就容易延伸擴張到母材上，產生泄漏。

因此，焊工在焊接時未將收弧點弧坑填滿是弧坑產生裂紋并傷及母材的主要原因。

4 結論

（1）焊接工藝有問題，焊工操作不當，收弧點弧坑缺陷是防磨罩固定焊點產生裂紋的源頭。鍋爐廠需對該種防磨罩固定方式進行論證，是否繼續采取這種固定方式，如要采取，對目前狀況采取進一步工藝控制防范措施。

（2）防磨罩與母材焊接焊縫較長（大部分在60～80 mm之間，設計為50 mm），不同材質（防磨罩、低再過渡段管材）的膨脹系數不一樣，并且防磨罩與管壁溫差大，膨脹產生的應力是引起裂紋擴展的重要原因。

（3）再熱器管材質為12Cr1MoVG，防磨罩材質0Cr18Ni9，焊材為E7018A1，此焊材的選用不符合《火力發電廠異種鋼焊接技術規程》。

[1]DL/T 7520—2001火力發電廠異種鋼焊接技術焊規程[S].

[2]葉劍文，謝美瓊.12Cr1MoV珠光體耐熱鋼管焊接工藝[J].中國特種設備安全，2007，23（7）：23-27.

[3]楊冬，劉琳智.鍋爐過熱器與再熱器流量分配的非線性數學模型及壁溫計算方法[J].中國電機工程學報，2001，21（5）：38-42.

[4]劉儉.火力發電廠安全性評價[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5]韓才元，徐明厚，周懷春，等.煤粉燃燒[M].北京：科學出版社，2001.

[6]劉強，郭民臣，王毅林，等.二次再熱機組的熱耗變換系數和汽耗變換系數[J].中國電機工程學報，2007，27（26）：59-64.

[7]林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.

[8]王培紅，賈俊穎，金旭英.再熱機組熱力循環效果的評價及其算法研究[J].中國電機工程學報，2002，22（3）：68-71.

[9]黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整[M].北京：中國電力出版社，2002.

[10]胡蔭平.電站鍋爐手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[11]施明恒，李鶴立，王素美.工程熱力學[M].南京：東南大學出版社，2003.

[12]徐旭常，毛健雄，曾瑞良，等.燃燒理論與燃燒設備[M].北京：機械工業出版社，1990.