鍋爐高溫管系爐頂密封罩焊接風險的探討

摘 要：目前在鍋爐制造行業里，人們非常關注焊接質量，更多地關注著鍋爐承壓的對接接頭，而對于受壓管件表面的附件焊接往往易于忽視或至少重視程度不足。諸如本文所提及的高溫管屏上部爐頂密封罩的焊接。雖然其僅屬于附件與受壓件表面連接的角焊縫焊接，可是一旦疏忽，產生裂縫的幾率是不低的，其造成的影響和損失與承壓焊縫出現質量問題一樣嚴重，甚至更加麻煩。

關鍵詞：焊接技術；產品模擬試驗；結果分析

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A

隨著現代大容量鍋爐爐膛密封技術水平的發展，密封結構型式的日趨成熟，其中爐頂部分上許許多多高溫部組件（各級過熱器和再熱器）管屏多數采用由兩片梳形板組成的焊接結構型式的密封罩來完成懸吊管屏處在爐頂位置的煙氣密封。由于這部分管屏所處高溫，管內介質溫度、壓力也高，管屏選用的材料都是12Cr1MoVG以上材質，更多的是SA213-T22、T23、T91、TP304H、TP347H或鋼102等。眾所周知，這些材質的可焊性，產生裂紋的傾向性都有著不同程度的敏感風險。這些材質的小口徑管子對接焊縫在成熟的焊接工藝指導下、合格焊工的操作技能及有效的無損檢測控制下，都能取得良好的接頭質量。反觀，這些材質管子表面的焊接條件就比較復雜，無損檢測控制也只能作一個表面探傷，一旦不予重視，若附件結構存在一定剛性拘束力，其出現裂紋的幾率遠大于管子對接接頭。更嚴重是其出現的熔合線冷裂紋總裂入管材。

我們廠曾在某生產令號30萬千瓦/時的鍋爐的高溫過熱器密封罩焊接處發現一定數量的裂紋，并延伸至管子母材。盡管數量不多，但造成的檢測和返修費用很大。聯想主機廠此類構件（管壁較薄的再熱器）出現多起裂縫泄露事故，我們廠為了弄清原因，吸取教訓，最大程度地避免今后重復再犯，我們及時列題進行焊接工藝試驗。

焊接工藝試驗分小試樣角焊縫拘束試驗焊接和模擬產品管排試驗焊接。

一、小試樣角焊縫拘束試驗焊接

拘束試樣采用兩種管子φ51×8/T91和φ51×9/12Cr1MoVG長度L400和扁鋼

L400×B100×δ6/12Cr1MoV。為增加試樣拘束度，在試驗管一側先焊上δ16/

12Cr1MoV板條，如圖1所示。

試焊條件：1）T91管上選用高中低匹配三種焊條即CM-9CB，R407，R317，12Cr1MoVG管上只選用R317一種焊條。2）不預熱，單層焊，空冷（當時試驗室溫～20℃）。3）不預熱，單層焊，冰水冷（當時冰水已化～5℃）。4）預熱150℃以上，單層焊，空冷。5）不預熱，單層焊，后熱300℃/0.5h。

焊后經磁粉探傷檢查結果：

1 T91管上采用CM-9CB焊條，在上述2）～5）條件下，角焊縫未見裂紋。

2 T91管上采用R407焊條，在上述4）預熱條件下試驗焊縫上未見裂紋，其它條件下都存在長度不同（20～50mm）的個別裂紋。

3 T91管上采用R317焊條，在上述4）預熱條件下未見裂紋，其它條件下都存在裂紋，尤其在上述2）、3）條件下，幾乎全長度試驗焊縫有裂紋。

4 12Cr1MoVG管上采用R317焊條，在上述任一條件下未見裂紋。

二、模擬產品管排試驗焊接

在小試樣角焊縫拘束試驗基礎上，進行模擬產品管排試驗。如圖2所示。考

慮到12Cr1MoVG管在小試樣角焊縫拘束試驗時未發現裂紋，所以模擬產品管排試驗焊接只采用φ51×8/T91管子而不采用12Cr1MoVG鋼管（注：實際產品的管屏此部分管子都由二至三種鋼管組成，包括奧氏體鋼管。一旦管屏邊緣管子是采用SA213-TP304H或TP347H鋼管，則此不銹鋼管的密封角焊縫焊接時不宜預熱）。模擬試樣梳形板寬度同產品24支管。為增加剛性，試驗用δ6/12Cr1MoV（產品已改結構，此梳形板改為δ4/12Cr1MoV，以降低此處拘束應力）。最不同的是產品管屏是長度很大的整片管排，其有更大拘束力。

模擬產品管排試樣數量為兩組（P1和P2），每組試驗焊接仍選用高中低匹配三種焊條，并在管排的24支管子上三種焊條交隔施焊。試焊條件盡量苛刻，兩管排均不預熱單層焊；P1管排用焊條按正常要求焙烘，放入焊條筒保溫施焊，P2管排用條不予焙烘，三種焊條焊接次序為R317先焊，R407在相鄰管子上后焊，最后CM-9CB在管排與梳形板相對固定死的條件下，即CM-9CB焊條是在兩側管子與梳形板焊縫的拘束條件下焊接。焊后，對管排正反面角焊縫進行肉眼檢查和磁粉探傷。

檢查結果：

1 P1管排中8個用R317焊的角焊縫有3個和8個用R407焊的角焊縫有2個出現熔合線裂紋，只有CM-9CB在拘束最大的情況下均未出現裂紋。

2 P2管排中，由于三種焊條未經焙烘，熔合線裂紋數量比P1管排明顯增多。其中用CM-9CB焊條的焊縫上也出現一條裂紋，熔合線上未見裂紋。

3 上述兩種試驗結果分析

3.1 小試樣角焊縫拘束試驗結果最顯著表明之一的是焊條的選用。對于裂紋敏感性強的T91管上附件焊接選用熔敷金屬與T91同等成分的CM-9CB焊條是最合適的。試驗中采用按正常要求焙烘的CM-9CB在任一條件下均未見裂紋。

3.2 小試樣角焊縫拘束試驗結果最顯著之二表明的是T91管上附件焊接對焊接區域進行～200℃的預熱是十分合理的。試驗中凡進行均勻預熱的試件，即使是使用了易產生裂紋的低匹配成分的焊條，因有了焊后緩冷的條件，也降低了裂紋傾向性，未出現裂紋。預熱是避免此類焊接產生裂紋的重要措施（充分條件）。

3.3 從模擬產品管排試驗結果，P2試件與P1試件的裂紋傾向性比較，明顯地反映出T91成分材質的焊接氫致裂紋尤為敏感。為最大程度地避免出現裂紋，焊條在施焊前按規范要求焙烘和保溫是必不可少的。

3.4 從P1管排試件和P2管排試件上的開裂焊縫位置來看，比較集中在管排中間管束上角焊縫。由此可見，此類拘束結構的焊接順序也應給予注意。即從中間向兩側施焊為宜。

3.5 在本次模擬產品管排試驗中，為了減少對試驗結果的干擾，梳形板加工和兩片梳形板間的裝配的質量都是比較良好，即梳形板與管子間的間隙較小且較均勻，在施焊前，焊接區域得到一定程度的清理。而生產實際情況則比較復雜。為了最大程度地避免裂紋產生，對于此類具有一定拘束力的產品附件焊接，其外部條件也應必須得以重視。

結語

大容量電站鍋爐高溫管系爐頂密封罩雖然結構存在一定的拘束力，管材存在較大的焊接裂紋傾向性，但只要選用合適的焊條，采取必要的預熱，執行焊條的焙烘和保溫，重視裝配質量和焊接坡口區域清理，此類焊接完全能避免裂紋的產生。

其次，對于此類管排的密封結構大力推薦管子與密封罩之間增加套管結構，尤其對于管排材質為T22、T91等以上材質的，必須增加套管。因為密封罩的焊接拘束應力是不可避免的，在運行過程中由于交變載荷的作用產生開裂的幾率還是比較大的，增加了套管結構，及時真的開裂也是開裂在套管上，對于管排，母材沒有任何損傷，保證鍋爐安全、長期運行。套管的焊接還必須注意只允許一側與管子焊接，另一側不焊保證套管在鍋爐運行中的自由度。

最后，如果對于T91材料管排不增加套管結構，防磨罩與T91焊接時必須采用T91的焊材，盡可能保證T91材料的安全性。

參考文獻

[1]韓建華.鍋爐爐頂密封及罩殼保溫的改進[J].電力建設，2003（06）.