鍋爐高溫管系爐頂密封罩焊接風(fēng)險(xiǎn)的探討

摘 要：目前在鍋爐制造行業(yè)里，人們非常關(guān)注焊接質(zhì)量，更多地關(guān)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(chǎn)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(xiàn)質(zhì)量問題一樣嚴(yán)重，甚至更加麻煩。

關(guān)鍵詞：焊接技術(shù)；產(chǎn)品模擬試驗(yàn)；結(jié)果分析

中圖分類號：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著現(xiàn)代大容量鍋爐爐膛密封技術(shù)水平的發(fā)展，密封結(jié)構(gòu)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(shù)采用由兩片梳形板組成的焊接結(jié)構(gòu)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(nèi)介質(zhì)溫度、壓力也高，管屏選用的材料都是12Cr1MoVG以上材質(zhì)，更多的是SA213-T22、T23、T91、TP304H、TP347H或鋼102等。眾所周知，這些材質(zhì)的可焊性，產(chǎn)生裂紋的傾向性都有著不同程度的敏感風(fēng)險(xiǎn)。這些材質(zhì)的小口徑管子對接焊縫在成熟的焊接工藝指導(dǎo)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(zhì)量。反觀，這些材質(zhì)管子表面的焊接條件就比較復(fù)雜，無損檢測控制也只能作一個(gè)表面探傷，一旦不予重視，若附件結(jié)構(gòu)存在一定剛性拘束力，其出現(xiàn)裂紋的幾率遠(yuǎn)大于管子對接接頭。更嚴(yán)重是其出現(xiàn)的熔合線冷裂紋總裂入管材。

我們廠曾在某生產(chǎn)令號30萬千瓦/時(shí)的鍋爐的高溫過熱器密封罩焊接處發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的裂紋，并延伸至管子母材。盡管數(shù)量不多，但造成的檢測和返修費(fèi)用很大。聯(lián)想主機(jī)廠此類構(gòu)件（管壁較薄的再熱器）出現(xiàn)多起裂縫泄露事故，我們廠為了弄清原因，吸取教訓(xùn)，最大程度地避免今后重復(fù)再犯，我們及時(shí)列題進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。

焊接工藝試驗(yàn)分小試樣角焊縫拘束試驗(yàn)焊接和模擬產(chǎn)品管排試驗(yàn)焊接。

一、小試樣角焊縫拘束試驗(yàn)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(yàn)管一側(cè)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(yù)熱，單層焊，空冷（當(dāng)時(shí)試驗(yàn)室溫～20℃）。3）不預(yù)熱，單層焊，冰水冷（當(dāng)時(shí)冰水已化～5℃）。4）預(yù)熱150℃以上，單層焊，空冷。5）不預(yù)熱，單層焊，后熱300℃/0.5h。

焊后經(jīng)磁粉探傷檢查結(jié)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(yù)熱條件下試驗(yàn)焊縫上未見裂紋，其它條件下都存在長度不同（20～50mm）的個(gè)別裂紋。

3 T91管上采用R317焊條，在上述4）預(yù)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(yàn)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(chǎn)品管排試驗(yàn)焊接

在小試樣角焊縫拘束試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行模擬產(chǎn)品管排試驗(yàn)。如圖2所示?？?/p>

慮到12Cr1MoVG管在小試樣角焊縫拘束試驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)裂紋，所以模擬產(chǎn)品管排試驗(yàn)焊接只采用φ51×8/T91管子而不采用12Cr1MoVG鋼管（注：實(shí)際產(chǎn)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(shí)不宜預(yù)熱）。模擬試樣梳形板寬度同產(chǎn)品24支管。為增加剛性，試驗(yàn)用δ6/12Cr1MoV（產(chǎn)品已改結(jié)構(gòu)，此梳形板改為δ4/12Cr1MoV，以降低此處拘束應(yīng)力）。最不同的是產(chǎn)品管屏是長度很大的整片管排，其有更大拘束力。

模擬產(chǎn)品管排試樣數(shù)量為兩組（P1和P2），每組試驗(yàn)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(yù)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?yàn)镽317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(cè)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(jìn)行肉眼檢查和磁粉探傷。

檢查結(jié)果：

1 P1管排中8個(gè)用R317焊的角焊縫有3個(gè)和8個(gè)用R407焊的角焊縫有2個(gè)出現(xiàn)熔合線裂紋，只有CM-9CB在拘束最大的情況下均未出現(xiàn)裂紋。

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

3 上述兩種試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 小試樣角焊縫拘束試驗(yàn)結(jié)果最顯著表明之一的是焊條的選用。對于裂紋敏感性強(qiáng)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(yàn)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(yàn)結(jié)果最顯著之二表明的是T91管上附件焊接對焊接區(qū)域進(jìn)行～200℃的預(yù)熱是十分合理的。試驗(yàn)中凡進(jìn)行均勻預(yù)熱的試件，即使是使用了易產(chǎn)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(xiàn)裂紋。預(yù)熱是避免此類焊接產(chǎn)生裂紋的重要措施（充分條件）。

3.3 從模擬產(chǎn)品管排試驗(yàn)結(jié)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(zhì)的焊接氫致裂紋尤為敏感。為最大程度地避免出現(xiàn)裂紋，焊條在施焊前按規(guī)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(jié)構(gòu)的焊接順序也應(yīng)給予注意。即從中間向兩側(cè)施焊為宜。

3.5 在本次模擬產(chǎn)品管排試驗(yàn)中，為了減少對試驗(yàn)結(jié)果的干擾，梳形板加工和兩片梳形板間的裝配的質(zhì)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(qū)域得到一定程度的清理。而生產(chǎn)實(shí)際情況則比較復(fù)雜。為了最大程度地避免裂紋產(chǎn)生，對于此類具有一定拘束力的產(chǎn)品附件焊接，其外部條件也應(yīng)必須得以重視。

結(jié)語

大容量電站鍋爐高溫管系爐頂密封罩雖然結(jié)構(gòu)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(yù)熱，執(zhí)行焊條的焙烘和保溫，重視裝配質(zhì)量和焊接坡口區(qū)域清理，此類焊接完全能避免裂紋的產(chǎn)生。

其次，對于此類管排的密封結(jié)構(gòu)大力推薦管子與密封罩之間增加套管結(jié)構(gòu)，尤其對于管排材質(zhì)為T22、T91等以上材質(zhì)的，必須增加套管。因?yàn)槊芊庹值暮附泳惺鴳?yīng)力是不可避免的，在運(yùn)行過程中由于交變載荷的作用產(chǎn)生開裂的幾率還是比較大的，增加了套管結(jié)構(gòu)，及時(shí)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(yùn)行。套管的焊接還必須注意只允許一側(cè)與管子焊接，另一側(cè)不焊保證套管在鍋爐運(yùn)行中的自由度。

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

參考文獻(xiàn)

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