汽包安全閥管座及筒體裂紋處理措施

宮偉基 王曉明 張軍

摘 要：通過分析某電廠汽包安全閥及筒體裂紋，認為形成裂紋的主要原因為高應力區的交變熱應力，根據裂紋形態及設備狀況，選擇冷焊法處理工藝，從焊接順序、焊條選擇、焊前預熱、焊接規范等方面制定了焊接工藝，焊后檢驗未發現裂紋。

關鍵詞：汽包;安全閥;裂紋;處理

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0090-02

1 概況

某電廠2號300MW機組配備東方鍋爐廠生產的DG1025/18.2—II4型亞臨界壓力、自然循環、一次中間再熱、固態排渣煤粉鍋爐，1994年安裝投運，至2012年9月檢修時已累計運行13萬小時。該次檢修中，發現汽包西側環向分布的兩個安全閥管座角焊縫及管座之間的筒體表面存有若干裂紋，數量在幾十條左右（如圖1），裂紋呈不規則分布，多分叉且方向各異，但均分布在兩個管座之間孔橋周圍的范圍內，筒體表面裂紋長者達70mm（如圖2），角焊縫上裂紋長者達140mm（如圖3），角焊縫根部熔合線裂紋長達200mm。

汽包材質BHW35（13MnNiMo54），規格Φ2086×145mm;工作溫度410℃、壓力18.6MPa。安全閥管座材質經光譜分析為Cr：0.95，Mo：0.5，外徑Φ238mm;角焊縫材質經光譜分析為Mo：0.3;兩管孔孔橋間距經測量為575mm。

對汽包筒體及安全閥管座焊縫進行硬度測試，測試位置如圖4，測量結果如表1。

筒體表面經超聲裂紋測深，裂紋最深大約在8mm左右，最后以裂紋打磨深度為準。

汽包是電站鍋爐的重要部件，裂紋不僅直接導致汽包的有效承載面積降低，而且在裂紋尖端處應力集中嚴重，使裂紋不斷擴展以致汽包開裂泄漏，將發生難以預見和控制的危險，因此，需采取措施消除裂紋。

2 裂紋產生原因分析

裂紋數量之多之長，而且均分布在汽包兩管孔孔橋周圍、汽包最薄弱的局部范圍內，說明其危害性非常嚴重。

在汽包封頭焊縫附近環向開兩個中口徑汽包安全閥管孔，開孔間距又小，是早期設計的不合理結構，因開孔周圍存在應力集中現象，而較短的孔距又存在較大的孔橋減弱系數，因此形成汽包運行狀態下孔橋周圍的高應力區，也是最容易產生低周疲勞和開裂的部位。

依據汽包筒體裂紋的檢測數據以及裂紋的數量多、深度較淺、呈不規則分布、多分叉且方向各異等特點，經初步分析，形成裂紋的主要原因是高應力區內的交變熱應力，即在某個時段內因和外來原因導致表面冷卻的短時間熱疲勞而發生的裂紋，呈各向異形。

管座角焊縫根部的環形熔合線裂紋，是長期運行發生的裂紋，在局部存在冷卻熱疲勞的情況下，加劇了裂紋速度。

3 處理方案制定

依據DL/T734-2000鍋爐汽包焊接修復技術導則：“汽包焊接修復不宜選用奧氏體不銹鋼焊條或焊絲”和“一般應選用修復部位原來使用的焊材”的規定，對BHW35（13MnNiMo54）的汽包材質應選用E6015G（GB5118）電焊條進行熱焊（焊前預熱、焊后高溫回火熱處理）焊補。但考慮到焊補是局部較小范圍的，而且現場無條件進行筒體環帶預熱和焊后熱處理，只具備實施奧氏體冷焊方法的工藝條件，因此采用冷焊法處理。

4 焊前準備

（1）清除管座周邊障礙，留有足夠的檢查與施工空間。搭建高度適宜的工作平臺。（2）檢測裂紋長度，繪制裂紋分布尺寸圖。（3）采用磨削法將裂紋全部徹底打磨去除，磁粉和著色探傷確認無裂紋后，再擴大打磨范圍，打磨長度大于裂紋兩端各10mm，打磨深度大于裂紋8mm;相鄰較近的開槽打磨合并成底部平坦圓滑的、周圈呈橢圓形的、周圍與母材圓滑過渡的寬“U”形截面焊補坡口;在滿足上述開槽條件下盡量減小開槽尺寸;將坡口周圍母材10mm的范圍打磨出金屬光澤，不得有油、銹、水跡等污物。（4）用保溫氈大面積覆蓋裂紋區周圍的母材。（5）挑選合格焊工按焊接工藝要求進行焊前模擬代樣練習，檢驗合格后方能正式施焊。

5 焊接工藝

（1）焊接方法。采用奧氏體焊條冷焊，打底層焊前預熱，其余焊層在室溫下冷焊，焊后不做熱處理。（2）焊接順序。應首先焊補筒體開槽，焊補后，打磨平整與母材表面齊平，再預熱焊補管座角焊縫。先進行打底焊，焊一處預熱一處，保溫冷卻一處，待全部底層焊完成后，冷卻到室溫下，再實施填充和蓋面焊。（3）電焊條。選用A507焊條，Φ2.5、φ3.2，保存一年期內，用前經250℃烘干，置于150℃保溫筒內，隨用隨取。（4）焊前預熱。打底焊前，用氧-乙炔中性焰大面積將坡口及周圍母材緩慢均勻加熱到150℃左右，用遠紅外點溫儀檢測溫度。（5）焊接規范。直流反接，底層及填充焊層用Φ3.2焊條、電流80～110A，層間溫度≤250℃。蓋面層用Φ2.5焊條、電流60～80A。在預熱溫度下均采用小規范，即小電流、小熔合比、小線能量、熔深淺。（6）底層焊。整個底層焊接過程應盡量保持在預熱溫度下施焊，打底焊層共焊兩層，厚約5～6mm;底層焊作為奧氏體冷焊金屬與珠光體母材之間的過渡隔離層，以減少冷焊時焊接熱源對基體金屬的影響，防止熔合區產生脆性組織，因此底層焊務必蓋滿整個坡口及邊緣并保持一定厚度，不得露出母材;合理安排焊道順序，保持坡口底部焊道的平整，防止產生較深的溝槽，以利于后面冷焊層的堆焊。待底層焊周圈完成后，立即用石棉布覆蓋保溫緩冷至室溫后實施填充層與蓋面層的冷焊。（7）焊接要求。采用多層多道、短弧、短段、不擺焊，接頭處錯開。在坡口內或焊道上引燃電弧，收弧處填滿弧坑緩慢收弧;每完成一條焊道都要清渣肉眼檢查，確認無缺陷后再實施下條焊道;若發現焊道中間產生熱裂紋，用馬蹄鑿鏟除補平即可;底層焊接盡量連續完成，若坡口周圍溫度低于預熱溫度時，應加熱后焊接;注意控制層間溫度不得過高以防熱裂;保證熔合良好的前提下，熔深要小;下焊道壓上焊道1/3，以減少底層金屬對焊道的拘束，提高焊道的自由度和塑性;保持層間溫度稍高于預熱溫度，以減少母材對熔敷金屬的稀釋率，確保異種鋼接頭熔合區的性能;填充與蓋面焊層應間歇施焊，整個施焊過程周圍基體金屬不高于70℃，除應選用小的焊接電流和焊接規范外，還應采用間歇方法施焊，使層間得到冷卻;奧氏體合金對氣孔敏感性強，因此盡量采用短弧操作，防止產生氣孔。（8）蓋面焊層。待冷焊層基本填平坡口后，選用Φ2.5電焊條實施蓋面焊層。焊層周圍應略高于母材表面;焊道應排列緊湊整齊不留溝槽。蓋面焊層周圍應與母材圓滑過渡，中間切忌凸起;管座角焊縫的蓋面焊縫表面應呈中間凹，兩端與母材圓滑過渡的截面。（9）修磨焊縫。修磨挖補焊縫，恢復原幾何形狀尺寸;用角向磨光機打磨，使焊層表面平坦光滑，周圍與母材表面齊平，避免焊縫中間凸起并高于周圍母材表面;管座角焊縫的蓋面焊縫表面應呈中間凹，兩端與母材圓滑過渡的截面。

6 結語

采用上述方法處理后，焊補區域經滲透檢測，符合DL/T 869-2012標準中Ⅰ級質量要求，未發現存在超標缺陷。運行六年多復查未發現異常，證明該處理措施得當，為大型設備的修復處理提供了參考。

參考文獻

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