電站鍋爐高再入口聯箱彎頭裂紋原因分析及處理

李廣龍，劉 青

（1.山東里彥發電有限公司，山東 濟寧 273517；2.華能濟寧運河發電有限公司，山東 濟寧 272057）

1 概述

山東里彥發電有限公司3號鍋爐于2000年8月投入運行，累計運行70 000余小時。2011年5月31日，運行人員巡檢時發現B側高壓再熱器入口聯箱彎頭處蒸汽泄漏，6月2日停爐后檢查發現該處彎頭與聯箱對接接頭處有嚴重開裂。較為嚴重的裂紋有 4條，分別編號為裂紋 a、b、c、d，如圖1所示。

圖1 裂紋照片

裂紋a：從聯箱往彎頭側觀察，裂紋a位于5點位置，垂直于焊縫，并貫穿聯箱、焊縫與彎頭，總長約 220 mm，表面張口較大（2 mm），如圖 2、圖3所示。

圖2 裂紋a總形貌

圖3 裂紋a局部形貌

裂紋b：裂紋b為聯箱上兩個管座之間的孔橋裂紋，裂紋張口較大，并可看出開裂后裂紋兩側母材有較明顯的錯邊量（＞1 mm），如圖4所示。

圖4 裂紋b、c總形貌

裂紋c：裂紋c與裂紋b從同一個管座角焊縫開裂，沿上偏左約45°方向向聯箱母材擴展，張口較小，長約30 mm，如圖4所示。

裂紋d：裂紋d也為兩個管座之間的孔橋裂紋，且表面錯變量更大（＞2 mm），如圖5所示，從走向上看，可視為裂紋b通過管座角焊縫的延伸（圖1）。

圖5 裂紋d總形貌

該爐同樣部位曾于2010年9月28日發生過泄漏，當時檢查發現漏點為一條裂紋，裂紋位于彎頭上，在聯箱與彎頭的對接焊縫邊緣，離對接焊縫熔合線約10～15 mm的距離，從聯箱側觀察，裂紋的起止點大約處于2-4點位置，長度約300 mm。對該條裂紋進行挖補修復，修后補焊焊縫緊貼原環焊縫，位于2-6點位置（圖1）。此間，該彎頭另一側與低壓再熱管道連接的焊縫處也發生過一次泄漏，從補焊焊縫的位置來看，裂紋也是位于緊鄰焊縫的彎頭上。高壓再熱器入口聯箱及彎頭的材質均為12 Cr1MoV，聯箱規格為Φ426×20 mm，彎頭規格為 Φ426×22 mm。

2 原因分析

對聯箱、原焊縫、兩側補焊焊縫及彎頭進行光譜測試，材質及成分符合設計要求。

對聯箱進行金相組織檢測，組織正常。

對聯箱、兩側原焊縫、兩側補焊焊縫及彎頭進行硬度測試，結果如表1所示。

表1 硬度測試結果 HB

表1中硬度值均為在管壁表面溫度＞50℃時測得。由表1可看出，與聯箱對接的原焊縫，以及兩側補焊后的補焊焊縫硬度都嚴重超標[1]，（高于母材+100 HB，且＞270 HB），由此可以推斷，聯箱側的原安裝焊縫及兩次的補焊焊縫均未經焊后熱處理。兩條并列的未經焊后熱處理的焊縫中存在極大的焊接殘余應力，特別是焊縫中的環向拉應力，最大可達熔敷金屬的屈服極限。該拉應力首先使焊縫中產生垂直于焊縫的裂紋，裂紋分別向聯箱和彎頭母材擴展。從裂紋a的形貌看出，焊縫部位張口較大，兩側張口較小，也可以判斷出裂紋首先在焊縫上形成并擴展。

裂紋a擴展至聯箱管座時，又沿聯箱管座角焊縫擴展。聯箱因開孔而使其強度降低，由于母材強度不能承受較大殘余應力，致使裂紋又沿聯箱最薄弱的部位——孔橋之間擴展。從裂紋a較大的張口，聯箱母材裂紋b、裂紋d開裂后兩側母材較大的錯邊量，均表明在該部位存在有非常高的應力水平。

因此可以認為，由于該部位原焊縫及后來補焊焊縫均未進行焊后消應力熱處理，使得該焊接接頭存在極大且復雜的疊加殘余應力，是產生裂紋、造成開裂的主要原因。

此外，在對彎頭進行硬度檢測時，發現在該彎頭正上端（12點位置）存在一個高硬度帶，硬度值達197 HB，其余部分硬度正常。手摸該處明顯感到粗糙，表明該彎頭曾進行過焊補處理，彎頭的制造質量不良是彎頭多次泄漏的原因之一。

對該處的支吊情況進行檢查，彎頭兩側均為剛性吊架，且低壓再熱管道側的吊架已不受力。支吊不良對該處形成的附加二次應力及可能造成的振動，對裂紋的形成和擴展也會起到推波助瀾的作用。

3 修復處理

裂紋挖除前對該彎頭增加必要的支吊，防止因挖除量大造成聯箱及彎頭強度不足引起更大設備事故。

用機械方法清除裂紋，采用同質焊材，用氬弧焊打底和電焊填充和蓋面的方法進行焊補，焊接完成后立即進行焊后熱處理，冷卻到室溫后對焊補區進行外觀、表面和無損探傷檢測，結果表明補焊焊縫質量合格。

經過3個月運行，聯箱及彎頭補焊區未發現異常，表明本次裂紋修復是成功的。

4 結語

造成高壓再熱器入口聯箱開裂的原因主要是由于焊后未進行焊后熱處理造成焊接殘余應力較大以及支架承力不良等原因造成的，對焊后熱處理要引起足夠的重視。另外鑒于該部位已多次焊補，今后應作為重點監督對象，跟蹤監督檢查，再次發現類似問題，應進行更換處理。