再熱蒸汽管道焊制三通裂紋修復

龐琳亞，吳紅濤，馮立中

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州221142）

再熱蒸汽管道焊制三通裂紋修復

龐琳亞，吳紅濤，馮立中

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州221142）

分析再熱蒸汽管道焊制三通裂紋原因，依據(jù)實際條件評估應用焊接修復技術(shù)消除裂紋、修復管道的優(yōu)勢，通過理論與實際相結(jié)合，對此三通裂紋制定消除、檢驗、焊接、熱處理等修復工藝，嚴格控制各項修復步驟，最終成功修復管道，節(jié)省更換新三通的費用，消除機組運行中泄漏爆管的隱患。

再熱蒸汽管道；焊接修復；焊接工藝；熱處理

0 概述

徐州華潤電力有限公司#4機組（300 WM）在一次B級檢修中，發(fā)現(xiàn)再熱蒸汽焊制三通的45°支管與主管路焊縫有一處裂紋，并沿著三通筒體母材擴展，長度約150 mm（圖1、圖2）。初步分析該接頭裂紋形成原因，結(jié)合管道材質(zhì)與各項應用參數(shù)，并對焊接修復技術(shù)的理論與實際應用考察，從而考慮利用焊接修復技術(shù)對此管道進行修復，為保證此次焊接修復的質(zhì)量，采取針對性技術(shù)措施，制訂修復方案。在修復過程中嚴格執(zhí)行各項修復工藝，最終成功消除裂紋，修復了管道，保證了機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

圖1 裂紋位置

圖2 裂紋形狀

1 焊接修復工藝與裂紋原因分析

1.1 焊接修復定義

焊接修復，就是用焊接的方法，修復設(shè)備或部件上的缺陷，使這些失效或帶缺陷設(shè)備、部件的性能恢復到標準、規(guī)程或規(guī)范所規(guī)定的范圍，以滿足安全、可靠使用的要求。對失效或帶有缺陷的設(shè)備或部件進行修復，主要包括2個方面工作，一是焊接工藝，二是焊接工藝的落實，第一個工作是技術(shù)層面的，第二個問題是管理層面的。

技術(shù)層面的工作主要包括內(nèi)容有：缺陷的確定、產(chǎn)生原因的初步分析、構(gòu)件質(zhì)量的了解或查詢構(gòu)件應用環(huán)境，焊接工藝的制定、缺陷的去除、焊接方法的選擇、焊接熱處理的考慮、焊接材料的選擇、焊接參數(shù)的確定。

管理層面的工作主要包括內(nèi)容有：焊接工藝措施的貫徹，一是焊接、熱處理人員對焊接工藝措施的執(zhí)行力度、理解程度等；二是焊接質(zhì)量檢驗人員、金屬監(jiān)督等人員的監(jiān)督。

1.2 缺陷基本情況

4#機組再熱蒸汽管道設(shè)計壓力4.47 MPa，設(shè)計溫度545℃，三通材料為P22，圖紙標注規(guī)格為Φ752.04 mm×35.8 mm（主管）/ Φ563.6 mm×27 mm（支管），裂紋位于Y形焊制三通45°支管與主管的焊縫連接處，現(xiàn)場實測裂紋處管道壁厚為74 mm，并且裂紋已延伸至主管母材，通過多次滲透檢測，依據(jù)檢測結(jié)果初步判斷，裂紋為穿透性裂紋。

1.3 裂紋產(chǎn)生原因

此裂紋位于三通主管與支管45°夾角焊縫處，此焊縫為廠家制造焊縫，初步判斷為由于存在焊接缺陷，經(jīng)過長時間時效，由于內(nèi)應力的存在，在高溫下運行一段時間，在缺陷尖端形成裂紋源，造成三通母材貫穿性開裂。

2 修復工藝

2.1 焊接修復基本流程

三通材料和缺陷檢測→管道固定（垂直方向）→清除裂紋→坡口面加工→坡口質(zhì)量檢查（外觀、光譜、著色、硬度）→預熱→按工藝施焊→焊后整體熱處理→焊后檢驗→報告資料。

2.2 三通材質(zhì)和缺陷檢測

缺陷去除前對三通裂紋周圍200 mm范圍內(nèi)的表面打磨光滑，露出金屬本色，粗糙度滿足檢測要求，然后分別進行著色探傷、缺陷內(nèi)部超聲波掃查，探測裂紋深度；對三通材料進行光譜復驗、表面硬度檢測，針對裂紋缺陷附近，應進行仔細光譜復驗、表面硬度檢測及著色探傷。

2.3 管道固定

為了避免在裂紋去除過程以及施焊過程中，缺口應力增加，裂紋清除前，對三通附近管道進行固定。采取鎖死彈簧吊架固定銷及增加臨時結(jié)構(gòu)框架的方式對管道進行適當固定。

2.4 清除裂紋

清除裂紋先采用汽刨法把裂紋去除到將近母材根部，然后用角磨修磨坡口及清理根部，防止焊渣鐵渣進入管道（圖3）。清除裂紋邊修磨邊檢查，直至裂紋完全消除。

2.5 坡口加工

（1）坡口加工采用機械方式，結(jié)合裂紋清除過程自然修磨形成焊接坡口，坡口形式及坡口角度，以便于施焊和盡量減少填充金屬量為原則。坡口形式既可以是對稱的U形、雙V形，也可以是不對稱的U形、雙V形，根據(jù)實際情況定，最終坡口加工為不規(guī)則的V形（圖4）。

（2）坡口加工完成后，應對坡口面進行表面無損檢測驗收，確認沒有裂紋、分層、夾雜、氣孔等缺陷。

2.6 焊接修復工藝關(guān)鍵參數(shù)及要求

（1）焊接方法。采用手工鎢極氬弧焊打底電弧焊蓋面工藝。（2）焊接材料。填充焊絲采用TiG-R40，焊條采用R407。2.7

焊接前準備

（1）焊絲在使用前用砂紙清除表面的鐵銹、油、垢、漆等雜物，焊絲、焊條焊前光譜檢驗，光譜檢驗合格。

（2）鎢極采用鈰鎢棒，鎢極的一端打磨成圓錐型。

（3）氬弧焊所使用的氬氣純度應達到99.99%以上，含水量≤50 mL/m3，焊前要試驗氬氣純度和流量。

2.8 其他

缺陷清除及焊接前確認現(xiàn)場管道水平段受力情況以及支吊架受力情況；為防止管道位移及缺口應力增加，缺陷清除及施焊前將三通附近的管道進行可靠固定；焊口組對前應將坡口表面內(nèi)外壁10～15 mm范圍內(nèi)的油、漆、銹、垢及雜物清除，露出金屬光澤。

3 焊接工藝參數(shù)

（1）采用小焊接工藝參數(shù)，有利于細化晶粒，改善接頭組織，提高沖擊韌度，減小焊接殘余應力，工藝參數(shù)見表1。

圖3 裂紋消除

圖4 坡口加工

表1 焊接工藝參數(shù)

（2）預熱與層間溫度。預熱溫度為150～200℃，預熱范圍為焊口中心兩側(cè)各≥3倍的壁厚且≥300 mm，預熱方式為電加熱法，測溫方式采用自動記錄儀具體如圖5所示。

4 焊接修復操作工藝

（1）鎢極氬弧焊打底前把焊口預熱150～200℃恒溫1 h后鎢極氬弧焊打底時，采用接觸引弧，焊嘴與焊件表面間距≤10 mm，提前送氣，滯后停氣，收弧采用減小焊接電流或減慢焊速多加焊絲法完成。

（2）采用多層多道不擺動焊接，要保持層間溫度熱處理采用跟綜預熱。每層厚度≤4 mm，并逐層進行認真清理檢查，經(jīng)自檢合格后方可進行其余層的焊接直至完成，如有缺陷應立即鏟除重焊。焊接中應特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，多層多道焊的接頭應錯開；運條到坡口邊緣時充分熔合，避免出現(xiàn)死角，熔渣全部清除干凈，防止坡口邊緣產(chǎn)生未熔合帶夾渣的缺陷。

（3）為確保焊接質(zhì)量，采用2名合格高壓焊工交換焊接，焊接時，將焊口一次完成，使焊件始終保持在一定溫度（一般為預熱溫度），注意起弧、收弧質(zhì)量，應在坡口內(nèi)兩側(cè)處引弧，并在收弧時將弧坑填滿，不允許在焊件上任意打弧。焊接過程中，層間溫度應不低于預熱溫度，且≤300℃，焊接過程連續(xù)完成，焊縫完成后保證焊縫邊緣圓滑過渡到母材；考慮到焊縫重疊，采用短道管縫焊接初始焊接焊縫處過渡母材（圖6、圖7）。

（4）焊后緩冷和焊后熱處理。焊縫焊后，立即重新包扎加熱帶熱電偶應放在焊縫上。用石棉布覆蓋焊縫及近縫區(qū)。整個焊接熱循環(huán)曲線如圖5所示。①熱處理升降溫速度按752.04/（壁厚/ h）計算（℃/h）且≤80℃；②溫度降到300℃以下時，斷電隨爐冷卻；③熱處理的加熱寬度從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的3倍，且≥60 mm；④熱處理的保溫寬度從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的5倍，以減小溫度梯度，保溫厚度必須＞50 mm；⑤熱處理應采用電腦自動控溫柜遠紅外加熱法，加熱時應使內(nèi)外壁及焊縫溫度均勻；⑥熱電偶測溫點應分步在焊縫上，熱電偶提前送委托方校驗；⑦熱處理過程若被迫中斷，應及時采取緩冷措施，返修后的焊口必須重新進行熱處理；⑧P22管道焊縫熱處理溫度為720～750℃，保持時間3.5 h；⑨返修后的焊縫必須重新進行熱處理；⑩熱處理工序流程圖：施工準備—熱電偶、加熱器綁扎—開機—升溫—恒溫—降溫—關(guān)機—拆卸設(shè)備—清理現(xiàn)場—自檢—驗收—記錄曲線及報告。

圖5 焊接熱循環(huán)（含熱處理）曲線

圖6 焊接過程

圖7 焊接完成

5 焊接質(zhì)量控制

5.1 焊接質(zhì)量檢驗

（1）焊接接頭實行三級驗收制度，采用自檢和專檢相結(jié)合的原則。

（2）焊接前、焊接過程中、焊接后應進行全過程監(jiān)督檢查，焊縫表面不應有氣孔、夾渣、裂紋、未熔合等缺陷，表面不規(guī)則狀態(tài)在底片上的圖像不應掩蓋內(nèi)部缺陷，否則應做適當?shù)男弈?，修磨采用機械方法。

（3）外觀檢查不合格的焊縫，不允許做其他項目的檢驗。（4）無損檢測：UT，MT、光譜、硬度分別100%。

5.2 焊縫返修

（1）首先應查明返修原因，缺陷的部位、深度、缺陷性質(zhì)等，返修后的焊縫還應按原熱處理、檢驗規(guī)定重新進行。

（2）需要補焊才能消除的缺陷應按補焊修復的相關(guān)規(guī)定進行。（3）焊口返修宜采用機械方法清除缺陷。

（4）返修焊口的焊接工藝應與原焊接工藝相同，返修焊口預熱時應取預熱溫度的上限。

5.3 質(zhì)量標準

（1）焊縫邊緣應圓滑過渡到母材，高度和寬度均勻，余高及余高差均應在0～2 mm，焊縫寬度不應超過坡口邊緣4 mm（每側(cè)2 mm），寬窄差≤2 mm。

（2）不允許有咬邊、氣孔、夾渣、裂紋、未熔合等缺陷。

（3）質(zhì)量驗收標準執(zhí)行DL/T 869-2012。

（4）射線探傷工藝標準按DL/T 821-2002規(guī)定執(zhí)行，II級合格。

（5）超聲波探傷工藝標準按DL/T 820-2002規(guī)定執(zhí)行，I級合格。

（6）表面探傷工藝標準按JB/T 4730-2005規(guī)定執(zhí)行，I級合格。

（7）硬度檢驗時至少應檢驗3點，即母材、焊縫、熱影響區(qū)；硬度超標的焊縫應重新進行熱處理，過熱的焊縫，除非可以實施正火熱處理工藝，否則，應割掉焊口，重新焊接。

（8）焊縫焊接完畢必須經(jīng)光譜分析復核合格，否則挖除焊縫，重新焊接。

6 結(jié)束語

通過焊接修復技術(shù)理論支持，結(jié)合對此再熱蒸汽焊制三通的裂紋原因分析，采取針對性技術(shù)措施，制訂完善的修復方案，并在修復過程中嚴格執(zhí)行各項修復工藝要求，最終成功消除裂紋，修復了管道，省去了重新制造、更換此三通的各項費用與時間，提高了機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行效益。焊接修復操作工藝簡單、靈活和適用范圍廣泛，在工程結(jié)構(gòu)的修復中發(fā)揮的重要作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

〔編輯凌瑞〕

TM621.4

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.16