火力發(fā)電廠660MW鍋爐焊縫開裂原因及分析

常正平

【摘要】以某火力發(fā)電廠為例，對其二期工程中出現(xiàn)的鍋爐集箱大面積裂紋缺陷進行分析，分析裂紋產(chǎn)生的原因，并針對這些缺陷提出具體的返廠返修技術工藝。

【關鍵詞】火力發(fā)電廠;660MW鍋爐;焊縫開裂;開裂原因

1、概述

某火力發(fā)電廠二期工程為2×660MW超臨界發(fā)電機組，超超臨界參數(shù)下的變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，燃燒方式為四角切圓燃燒，最大連續(xù)蒸發(fā)量是1955th-1，過熱蒸汽的出口壓力為28.25MPa，出口溫度是605℃;再熱蒸汽的最大連續(xù)蒸發(fā)量是1645th-1，進口壓力5.62MPa，出口壓力為5.82MPa，進口溫度是362℃，出口溫度是623℃。

2、缺陷情況

火力發(fā)電廠中每臺鍋爐的受熱面集箱有41個，起動分離器為2臺;集箱現(xiàn)場復驗中發(fā)現(xiàn)過熱器及在熱器共有6個集箱管的底角的焊縫存在裂紋，材質(zhì)分別為SA335-P91、SA335-P92及12Cr1MoVG。

3、原因分析

3.1 裂紋位置及深度。現(xiàn)場三種材料的集箱出現(xiàn)了表現(xiàn)裂紋，裂紋位置全部位于焊縫中間，通過觀察，裂紋存在如下的規(guī)律：鍋爐集箱裂紋全部沿著焊縫呈環(huán)形分布;12Cr1MoVG材料裂紋都集中分布在三通側環(huán)縫這一熱影響區(qū)域;SA335-P91上的裂紋都位于焊縫中間;鍋爐集箱沿焊縫的熔合線出現(xiàn)2-25mm長度的斷續(xù)的細微裂紋;鍋爐集箱沿焊縫的細微熔合線打磨之后，經(jīng)過一段時間，還會出現(xiàn)同一類型裂紋;有些鍋爐集箱第一次檢查沒有細微裂紋，但過段時間會發(fā)現(xiàn)1-2條細微裂紋在焊縫熔合線處。

現(xiàn)場對上述裂紋進行打磨，多在打磨0.5-1mm之后，裂紋能夠消除，周圍斷續(xù)裂紋，多數(shù)向下打磨3-4mm之后，裂紋能消除，最深打磨深度為6-8mm;對焊縫熔合線處裂紋挖補打磨后，經(jīng)過4-5天裂紋沒有出現(xiàn)。因此判斷，焊縫熔合線處裂紋屬于淺表裂紋。

3.2 裂紋產(chǎn)生的原因分析。為對鍋爐集箱裂紋產(chǎn)生原因進行分析，鍋爐廠對此進行了核查，核查集箱材質(zhì)，核查集箱無損傷執(zhí)行狀況，集箱力學性能如表1所示。集箱環(huán)縫及同三通環(huán)縫的焊接打底全部氫弧焊，封底為手工電弧焊，其余采取自動埋弧焊。對焊接檢驗記錄還有集箱無損深傷的報告進行核查，集箱制作的過程中不存在異常現(xiàn)象。

3.2.1 12Cr1MoVG材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在集箱體三通側環(huán)縫這一熱影響區(qū)域，為0-5mm淺表裂紋，屬于焊接的冷裂紋，是因為集箱環(huán)縫表層全部通過自動埋弧焊接完成，焊接蓋面最后的一道焊縫發(fā)生在三通側，焊接線的能量大，加之處理過程中沒有減緩冷卻速度，沒有即刻進行后熱處理，熱影響區(qū)為焊接接頭的最薄弱區(qū)域，因此集箱的三通側容易出現(xiàn)淺表裂紋。為避免這些裂紋，焊接蓋面時需將“退火焊道”原理充分利用，最后焊縫焊接時需通過小規(guī)范再加焊一道，如此焊接熱影響區(qū)焊接質(zhì)量才會更可靠，裂紋發(fā)生幾率才會大大降低。

SA335-P92材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在焊縫熔合線，屬于氫致延遲裂紋，多是因此消氫不及時所導致。焊縫接頭焊后殘余應力大，應力的分布不均勻，消氫不及時，熱處理規(guī)范性差，應力梯度大，所有原因疊加導致了焊縫熔合線裂紋的出現(xiàn)。

3.2.2 SA335-P91材質(zhì)集箱裂紋多發(fā)生在焊縫中間，多為氫致延遲裂紋及熱裂紋，屬于弧坑裂紋所導致的。埋弧焊接時會出現(xiàn)弧坑裂紋，這些裂紋盡管經(jīng)過打磨在出廠時不會檢測出，但是集箱處理中沒有進行消氫處理，熱處理的規(guī)范度不夠，焊后沒有進行回火熱處理，焊接頭表面存在較大應力，使得集箱應用一段時間后就出現(xiàn)了裂紋。

對SA335-P91材質(zhì)集箱裂紋入廠進行復檢，經(jīng)過復檢判斷裂紋屬于熱裂紋。因SA335-P91材料其基礎材料內(nèi)添加V及Nb元素改良而成，這兩種元素在焊接過程中如果焊前預熱沒有到位或者是加熱不均勻容易出現(xiàn)熱裂紋。

4、集箱裂紋返修補焊

因此火力發(fā)電廠集箱缺陷范圍大，為確保鍋爐機組能夠安穩(wěn)運行，需對發(fā)電廠內(nèi)的所有集箱返廠處理。處理的工藝為：

4.1 三種材質(zhì)集箱裂紋多出現(xiàn)在集箱拼接的環(huán)縫、三通對接縫還有端塞焊縫表面，需要按照規(guī)范對原焊縫最后的一層蓋面層進行打磨消除，通過打磨讓其出現(xiàn)適合焊接的一個坡口，熔合線如果存在缺陷也需要進行打磨，打磨之后需要進行100%MT檢測。

原焊接蓋面層厚度約為3mm，余高在出廠前已經(jīng)打磨掉，且打磨的深度為1-3mm。因此返廠后需要將現(xiàn)有焊縫表面進行1-3mm打磨，這樣就能夠?qū)⒃w面層的焊縫清除掉，但是熔合線處的焊縫面需要向母材延伸2mm之后進行3-4mm深度的打磨，這樣才能夠?qū)⒈韺雍缚p清除。

焊縫環(huán)縫如果存在管接頭的，需要對焊縫的表面進行修磨檢查，如果檢查中發(fā)現(xiàn)問題需即刻返修。

4.2 按缺陷所標注的位置，對缺陷通過砂輪進行打磨，直到將缺陷去除，且在打磨過程中還需要修磨出一個合適的斜度，并對焊接區(qū)周圍20mm這一區(qū)域范圍進行清理，清理此區(qū)域內(nèi)的水、銹、油等，確保焊區(qū)滿足焊接的要求。

4.3 進行100%MT檢測，確保缺陷已經(jīng)被消除。

4.4 對焊接預熱溫度還有焊接的層間溫度進行確定。環(huán)向加熱時，加熱的寬度不能小于200mm，且焊前必須預測，預熱溫度不能低于100℃，焊接過程中，焊接溫度不能低于最低的預熱溫度，且最高層間溫度為300℃。在焊接過程中，每道焊接工序完成之后必須將焊渣清除干凈，全部清除干凈后才能夠進行下一個焊接步驟，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷需要即刻進行清除。

4.5 12Cr1MoVG材質(zhì)集箱補焊需要通過手工電弧焊或者手工氬弧焊來操作，補焊時GTA的預熱溫度不能低于80℃，焊接的電流保持在90-140A，電壓保持在10-18V;SMA的預熱溫度不能低于8150℃，焊接的電流保持在90-130A，電壓保持在22-28V;焊接過程焊接的方法為不擺動焊接，這樣焊接應力可以大大降低。

焊接時焊接溫度也不能低于最低的預熱溫度，焊接最高的層間溫度為300℃，按照焊接規(guī)范進行，焊接中發(fā)現(xiàn)缺陷即刻處理。補焊后需按照200-400℃×2hr進行消氫處理。

4.6 焊接需多層多道進行，盡量直道焊，擺動的寬度需≤焊條直徑3倍，焊接完畢，需將焊接清除干凈后才能進行下一道的焊接。焊條烘干之后能夠隨用隨取，但是領去之后必須在4小時之內(nèi)使用，不能超過這一時限。對焊縫的表面進行修磨，確保表面能夠達到圓滑過渡。

4.7 對補焊的焊縫進行打磨，確保補焊的焊縫在≤5mm的時候，能夠100%通過MT檢查，而補焊的焊縫在>5mm的時候，能夠100%通過MT+UT檢查，這樣才能夠滿足探傷的要求。

4.8 補焊后需要進行局部熱處理，處理中應避免對集箱產(chǎn)生變形影響，處理時需要對電加熱元件進行環(huán)向包裹，并在焊縫的上下位置還有焊縫兩側邊緣50mm處各搭建一點熱電偶，并對熱處理曲線進行記錄，確保熱處理的要求同返修要求一致。

4.9 熱處理之后需要進行拋磨補焊焊縫，確保焊縫100%通過MT復檢。上述火力發(fā)電廠的鍋爐集箱自首次發(fā)現(xiàn)集箱裂紋缺陷之后，經(jīng)過數(shù)次檢驗、復檢，焊縫處裂紋反復出現(xiàn)，最終將所有集箱按照上述的工藝返廠進行返修處理，鍋爐廠進行第一次檢驗，之后電廠鍋爐檢測中心再進行復檢，所有集箱沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷，電廠鍋爐集箱的裂紋缺陷得以全部消除。

5、結束語

近些年，隨經(jīng)濟科技發(fā)展，電力事業(yè)發(fā)展迅速，我國很多電站鍋爐廠都處于超負荷工作狀態(tài)，鍋爐制造的質(zhì)量出現(xiàn)明顯下滑，加之超臨界鍋爐的各種新型材料性能還處于研發(fā)階段，很多技術還不成熟。因此電站鍋爐在建設過程中必須加強安裝前的檢驗，確保鍋爐安全性，并對安全性能檢測過程中所發(fā)現(xiàn)的所有缺陷問題及時分析總結，這樣才能夠確保電站設備能夠保持安穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1]周旭剛.鍋爐主汽閥焊接接頭裂紋原因分析及處理措施[J].科技風，2015（22）：102-102.

[2]劉立海.鍋爐安全門管座角焊縫多次開裂原因分析與處理[J].吉林電力，2014，42（2）：53-54.

[3]溫吉利，馮冰瀟，符棟良.WNS型鍋爐回燃室與檢查門圈連接焊縫裂紋的原因分析[J].工業(yè)鍋爐，2015（3）：56-57.

[4]鄧鯤，衛(wèi)軍，韓曉坤.一起鍋爐汽包集中下降管管座焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析[J].特種設備安全技術，2014（3）：26-26.

[5]楊必應，張鳳安，蔡滄龍等.超超臨界鍋爐水冷壁鰭片焊縫裂紋原因分析及其防治措施[J].工業(yè)加熱，2015，44（06）：63-64.