鍋爐過熱器三通焊接接頭裂紋成因及處理

曲同良，張忠文，李新梅，杜寶帥

（1．華電青島發電有限公司，山東青島266031；2．國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002）

鍋爐過熱器三通焊接接頭裂紋成因及處理

曲同良1，張忠文2，李新梅2，杜寶帥2

（1．華電青島發電有限公司，山東青島266031；2．國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002）

分析某300 MW鍋爐過熱器集箱三通焊接接頭裂紋形成的原因，主要是機組啟停時結構應力所致；根據結構形式和缺陷情況，提出合理的裂紋焊接修復技術措施并成功地實現了修復，為該類部件缺陷修復積累了參考依據。

集箱三通；焊接接頭；裂紋；失效分析；焊接工藝

0 引言

由于機組運行狀況變化，機組啟停頻率增加，引起鍋爐集箱三通頻繁出現裂紋［1-2］。某電廠2號機組容量為300 MW，于1996年投運，累計運行約120 000 h后，其鍋爐后屏過熱器出口集箱和末級過熱器入口集箱三通出現嚴重的裂紋缺陷，兩集箱水平平行布置，由倒“U”型導管與兩三通支管連接，三通支管與導管焊接接頭的結構形式如圖1所示。導管和三通的材質分別為12Cr1MoV和ZG12Cr1MoV，導管的規格是D610 mm×80 mm，三通支管近接口處的規格為D630 mm×90 mm。

圖1 三通支管與導管焊接接頭結構

1 缺陷情況及原因分析

兩個三通的裂紋均產生于三通支管與導管的焊接接頭，開裂于接頭支管一側的熔合區，分布在與集箱軸線平行兩側，為環向裂紋，其中后屏過熱器出口三通兩側分別開裂了1／2圓周和1／3圓周，裂紋最深處超過60 mm；末級過熱器入口三通裂紋開裂程度與屏式過熱器出口的基本一致，最深超過50 mm，如圖2所示。

圖2 三通焊接接頭缺陷照片

由裂紋形態和分布看出，三通支管焊接接頭上有一個垂直于支管軸線的往復作用力，分析認為該力是機組啟停時因膨脹冷縮由導管作用于三通支管上的往復彎曲應力，由于與支管相接的導管垂直段較短，剛性較大，在三通支管根部形成了較大的水平彎曲應力，該力與集箱軸線垂直，首先在支管圓周上與集箱軸線平行的兩側產生裂紋并不斷擴展；同時由于三通支管與導管壁厚不一致，支管與焊縫之間采取了60°角度的過渡處理，使得支管側焊接熔合區產生很大的應力集中，加劇了裂紋的形成與擴展。因此需要對導管進行改造，并減少支管與焊縫之間的過渡角度。

2 修復工藝

2.1 坡口處理

采用角向磨光機和金屬旋轉銼等工具沿裂紋走向清除裂紋，當裂紋較深時，加大焊縫一側的坡口角度繼續沿厚度方向消除裂紋。

裂紋清除過程中必須跟蹤裂紋在壁厚方向的位置，不斷測量打磨的最深深度，接近內壁時應仔細打磨以防磨穿，過程中肉眼無法辨認裂紋時應著色跟蹤檢驗確認裂紋的走向，直至裂紋完全清除。

坡口形式選擇組合式坡口，焊縫側修磨成半“V”形，坡口角度35°～45°；閥門側修磨成半“U”形，坡口角度10°～15°，根部圓弧半徑5～10 mm。

清除坡口面和坡口邊緣外表面15～20 mm范圍的鐵銹、油污并露出金屬光澤，著色檢測沒有裂紋等缺陷存在。

2.2 焊接工藝要求

焊接方法為焊條電弧焊，焊條型號E5515-B2-V，直徑2.5 mm和3.2 mm。焊條應具有廠家提供的合格證明并按焊條說明書嚴格烘干。

焊接規范為直徑2.5 mm焊條電流100～120 A，直徑3.2 mm焊條電流120～140A；電弧電壓20～24V。每道焊道厚度不大于焊條直徑2 mm。

焊接前采用電阻加熱方法預熱250℃保溫2 h，焊接層間溫度250～300℃。熱電偶測溫點位于坡口邊緣，坡口內使用遠紅外溫度儀監測溫度。

焊接時由兩個焊工同時對稱施焊，保證焊縫與母材、焊縫與焊縫熔合良好，清渣徹底，嚴禁在坡口以外引熄弧。

通過焊縫表面形成一過渡斜面，使三通支管與導管表面呈20°～30°過渡斜面，將未進行修復的原焊縫段表面采取同樣形式進行過渡。

焊縫外觀質量標準應符合DL／T869—2012中的要求［3］。

焊后采用電阻加熱方法立即將焊接接頭進行高溫回火處理［4］，熱處理曲線如圖3，300℃以下升降溫速度可不控制。要求分區控制，焊縫設兩個熱電偶測溫點，其余各區至少設一個熱電偶測溫點。

圖3 焊后熱處理

3 結語

分析了集箱三通和支管的結構形式和缺陷情況，認為三通支管剛性較大，在根部形成了較大的水平彎曲應力，并且與導管壁厚不一致，使得支管側焊接熔合區應力集中，加劇了裂紋的形成與擴展。通過對導管結構進行改造，減少支管和焊縫之間的過渡角度，提出合理的焊接修復工藝，完成了部件修復，保證了機組安全穩定運行和電廠按期正常發電。

［1］鄭相鋒，馮硯廳，李文彬等.300 MW電站鍋爐高溫過熱器集箱出口三通焊接修復［J］.焊接技術，2011，40（7）：54-56.

［2］李曉東，翟軍.600 MW鍋爐末級過熱器進口集箱三通與連通管對接焊縫裂紋分析與治理［J］.裝備制造，2009（9）：160-164.

［3］DL／T 869—2012火力發電廠焊接技術規程［S］.

［4］DL／T 819—2010火力發電廠焊接熱處理技術規程［S］.

Cause of Cracks and Treatment Measures of Tee Welded Joints for Boiler Superheater

Formation mechanisms of weld joint cracks in the tees of a 300 MW boiler were analyzed.Results showed that the occurrence of cracking was due to the high level structural stress formed during startup and shutdown of the unit.Welding repair procedure was proposed and carried out successfully according to the structure and defects of the component.The proposed failure analysis and repair technique could be referred to other components with similar defects.

collecting box tee；welded joint；crack；failure analysis；welding technology

TG47

：B

：1007－9904（2014）05－0064－02

2014-06-30

曲同良（1963—），男，工程師，主要從事電站鍋爐技術管理及金屬監督工作。