哈鍋超臨界機組檢修螺旋水冷壁焊接裂紋產生及處理

周 榮

（福建省鴻山熱電有限責任公司，福建 石獅 362700）

超臨界機組螺旋上升式水冷壁密封鰭片的焊接與相應的管內螺紋水冷壁機組焊接難度不同，同時由于近年來水冷壁高溫腐蝕的防護噴涂的涂層影響，導致存在高溫腐蝕的該類型水冷壁密封焊接出現的裂紋要比常規60OMW機組的密封焊接裂紋多，在水冷壁爆管泄漏中，密封鰭片拉裂引起的鍋爐管子爆漏、停爐占了相當大的比例。本文旨在通過對機組檢修過程中水冷壁密封焊接裂紋的產生和處理的過程分析，制定相對有效的處理方案以解決類似的問題。

1.鍋爐水冷壁結構介紹

福建省鴻山熱電有限責任公司600MW機組的2臺HG-1962/25.4-YM3型超臨界壓力變壓運行本生直流鍋爐，本鍋爐爐膛斷面尺寸為22.1873 m寬、15.6323 m深，水平煙道深度為5.3224 m。水冷壁為全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁為垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏二者之間用過渡集箱連接，過渡點在標高47.55 m處，轉換比為1:3。垂直段管屏管子規格31.8×6.2 mm，材質15CrMoG，螺旋段管子采用38×7.3 mm，材質15CrMoG。在螺旋管圈水冷壁部分采用可膨脹的帶焊接式張力板垂直剛性梁系統，下部爐膛和冷灰斗的荷載傳遞給上部垂直水冷壁，保證鍋爐爐膛自由向下膨脹。

2.焊接裂紋的情況統計

該公司近三年的機組檢修過程（2019-2021年）中，水冷壁鰭片密封焊接完成后一次檢驗中，共計發現：縱向鰭片裂紋527處（最長為1.2 m），橫向裂紋246處（最嚴重為延伸至管子母材1 mm），且裂紋多發生于管子向火側，且反復出現“焊了就裂，補了又裂”的情況，對檢修質量及后續設備的可靠運行產生了極大的影響。經現場詳細檢查發現：縱向裂紋往往發生在成片（8-10根）管排更換過程中最后焊接的幾條焊縫上，由于檢修工藝或者焊接方式不當往往造成所有管排應力集中在最后焊接的焊縫上，造成該裂紋的產生。橫向裂紋多發生在鰭片塞縫時的點焊處及焊縫焊接的收弧處，裂紋垂直于管子走向朝管子母材發展。此類裂紋一般較為細微且都有擴展性，需要細致檢查或者進行探傷檢查。在機組的運行中，此類裂紋極易擴展至管子母材，導致水冷壁管拉裂泄漏，需要引起高度的重視。

3.焊接裂紋產生的原因分析

產生焊接裂紋的主要原因有：檢修工藝不當造成受熱面變形，最后導致鰭片密封焊接過程中應力大；水冷壁割管過于集中，成片割除的范圍過大，且管排割除后未進行固定，造成最后焊接應力集中大；焊接參數選擇、焊接順序安排不合理造成焊接殘余應力大；焊接前焊縫區域未清理打磨干凈，噴涂層影響焊接質量。因此，我們在檢修過程中應盡可能優化檢修割管和恢復的工序，合理選擇焊接工藝，做好焊前的打磨清理（針對有高溫腐蝕防護涂層的區域）可有效地減小焊接殘余應力，減少焊接裂紋的產生。

3.1 縱向裂紋產生原因

一是水冷壁檢修割管過程中，采取先大面積割管后進行恢復焊接的方式，導致水冷壁開口大、變形大，在恢復過程中出現強行拉拽管排拼縫的情況，產生了極大的應力，導致縱向裂紋發生；二是鰭片填縫時安裝不到位，導致在焊接時應力集中造成焊縫開裂；三是為了加快檢修進度，采用較大的焊接電流，線能量輸入大；四是為了檢修進度，往往“圖省事”，采用依次順序焊接的方式，焊接手法及焊接順序選擇不合理，造成相對集中的焊接應力；

3.2 橫向裂紋產生原因

一是點焊產生的橫向裂紋主要是由檢修工藝不當造成的，其中主要體現在：現場施工過程中由于點焊質量不過關造成點焊處強度不夠；鉗工在填塞鰭片時，往往是先將鰭片一頭點焊，然后用手錘等工具進行逐段敲擊填充，容易造成各個點焊焊縫受到很大作用力產生裂紋。二是焊接收弧時由于焊接時熔池不飽滿、收弧過急、焊接接頭重疊、熔合不良、熔池金屬冷卻過快等原因產生收弧裂紋。三是焊接結晶裂紋主要集中在水冷壁向火面進行過防腐蝕噴涂的區域，由于在焊接時未將焊縫區域的噴涂層材料清理打磨干凈，導致噴涂材料熔融進焊縫金屬內部，改變了焊縫金屬的化學成分，在晶界處產生結晶裂紋，最終導致焊縫開裂。

4.檢修焊接注意事項

鰭片裂紋的產生原因很多，也很復雜，因此在機組檢修鰭片焊接過程中，要細化對水冷壁檢修方案編制，明確檢修工藝順序及焊接順序，減少水冷壁受熱面的大開口，同時細化密封焊接工藝的方案，明確密封結構要求、焊接部位要求，優化焊接位置結構，制定合理的焊接工藝卡，提高焊接質量，減少焊接裂紋，避免水冷壁管泄漏事故的發生。參與焊接作業的焊工應經過正規的焊接培訓，持證上崗。在作業前應開展焊接考核，并進行詳細的焊接注意事項交底，明確獎懲；檢修過程中使用的電焊機應進行修前檢查，檢查電流調整靈活性、準確性，電流表和電壓表顯示正常無誤，并進行試用合格；采購合格的焊材，所有焊材使用前經過光譜復查，在使用過程中有專人進行管理，避免焊材使用錯誤，同時可以考慮焊條的焊接特性，采用較好抗裂性的焊條。焊條應按照規定烘干使用，在使用過程中加強保溫桶的保溫管理，隨用隨取，避免焊條受潮或者受到其他污染物的污染。由于該電廠地處沿海，海風較大，在焊接過程中極容易受到爐膛壓力影響和左右側水冷壁穿堂風影響，因此在焊接過程中應使用防火毯、防火篷布等措施對焊接區域進行防風處理，剩余最后幾道焊縫施工時可使用保溫棉等措施進行防風處理，避免出現焊縫冷卻過快導致裂紋產生。在割管過程中盡量使用切割機進行鰭片密封的割除，既能使密封焊縫平整便于焊接，又能減少鰭片焊接前焊縫的清理工作量，密封焊縫平整間隙小也可以減少焊接量，減少熱量輸入，對控制變形和焊接裂紋有較明顯的作用。若使用火焰切割的方式在填充鰭片前應做好清理工作，將焊接區域表面的污物、涂層等清理干凈，露出金屬光澤，并保證無裂紋等缺陷。在割管時應根據缺陷情況合理安排割管的范圍及面積，同一時間不宜進行大面積的割管，盡量減小受熱面的開口面積，減少恢復過程中最后幾根管的應力集中。同時在割管后應做好割管區域的加固工作，特別是垂直張力板如果有割除的更需要加強對相關區域受熱面的固定，減少受熱面變形。為減少在填縫過程中鰭片使用錘擊強行就位，在塞填鰭片前應將所有需要塞填的焊縫打磨平整，鰭片下料時做好尺寸控制，減少塞填過程中反復錘擊、修切，一次塞填完成。同時在鰭片點焊固定后要做好焊點的檢查，檢查焊點焊接正常無相關缺陷后方可開始整體焊縫焊接工作。同時注意點焊作業應由專業焊工進行，用于確保點焊的質量。在水冷壁管排焊接對口前應做好受熱面變形情況的檢查，若出現變形嚴重影響鰭片塞填的情況，應先將變形嚴重的管排進行矯正或者更換，保證鰭片密封部位結構正常。在塞填水冷壁鰭片時，應盡量將鰭片中心塞填至上下兩根水冷壁管中心線位置，保證中心盡量對齊，減少焊接后的內應力。在采購水冷壁鰭片時，應根據圖紙設計以及檢修現場經驗制定合理的鰭片尺寸，要求廠家一次加工成型，減少現場的修割，同時要求廠家在生產時制作好雙面坡口，用以確保鰭片密封焊接強度。大片管屏區域連續多條焊縫時應采取錯縫、交叉、跳焊等措施，爐內外宜同時作業，從最中間焊縫往外焊接，爐內外雙面焊縫應同時考慮交叉焊或跳焊，控制好焊接順序，減少焊接變形和焊后裂紋的產生。焊接時應要求現場焊工的焊接方向沿著螺旋上升的方向從下往上堆焊，確保足夠的焊縫強度，減少焊接后裂紋的產生。在焊接過程中應注意控制焊接電流的大小，焊接電流應盡量小，同時在條件允許的情況下盡量采用二氧化碳氣體保護焊的方式代替手工電弧焊，減少焊接線能力的輸入，減小焊接熱應力，將焊后裂紋產生的概率將至最低。在水冷壁鰭片焊接過程中，尤其需要重視焊接收弧熔池應飽滿，減少焊縫接頭的重疊，避免出現裂紋。在焊接后宜等待一段時間（比如一整夜或一天）后再進行焊接密封質量的檢查和處理。在檢查前必須將焊縫區域的藥皮清理干凈，確保檢查的質量。焊接完成后由于檢修時間受限需要立即進行檢查和恢復的，若檢查過程中發現裂紋，也不宜立即處理，應放置一段時間待應力徹底釋放后再進行處理，避免反復焊接反復裂的情況發生。同時處理過程中應將裂紋徹底打磨干凈甚至磨透后重新進行焊接處理。檢修過程中水冷壁鰭片密封焊接質量對水冷壁檢修質量的影響極大，因此需要現場技術管理人員特別是焊接管理人員加強對現場焊接過程的巡查，及時發現焊接過程中存在的不足和違反工藝方案的行為，督促焊工按照既定焊接工藝卡進行焊接作業。同時也可以采取激勵措施提高焊工對焊接質量自行把關的積極性，也對焊接質量的提升有極大的促進作用。

5.結語

在該廠#1鍋爐水冷壁檢修過程中，嚴格按照上述檢修焊接注意事項開展水冷壁檢修過程鰭片密封焊接管理，焊接裂紋得到了很好的控制，出現的次數極大幅度得到了降低（縱向1處、橫向1處）。但值得我們注意的是，上述工藝要求的執行需要時間作為基礎，在機組檢修過程中需要嚴格做好檢修工期計劃的制定，特別是要為各檢修項目完成后的驗收及質量整改留足充足的時間，否則匆忙進行缺陷的處理，只會出現“越處理越難處理”的情況。但不管檢修時間的長與短，我們一定要秉承質量原則，制定良好的焊接工藝，做好過程監督和細致的焊后檢查，確保檢修焊接質量，保障設備的安全和穩定。