1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉233600MW 锅炉末级过热器进口集箱三通与连通管对接焊缝裂纹分析与治理李晓东 李占元 朱信钊 赵焕学（广东国华粤电台山发电有限公司 广东 台山 529228）【摘 要】本文阐述了 600 MW 机组锅炉末级过热器进口集箱三通与连通管对接焊缝裂纹缺陷情况，分析了裂纹产生的原因，并介绍了焊缝裂纹修补和热处理过程，提出了安全检验的必要性。【关键词】焊缝 裂纹修补 热处理 检验0 引言国华台山发电公司 5 号机组锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。单炉膛、型露天布置，额定工况蒸发量 （ ECR）过热蒸汽流量 2026t/h 过热蒸
2、汽出口压力（表）17.5 Mpa，过热蒸汽出口温度 541。机组于 2006 年 11 月底投产，累计运行约 9000 小时。2008 年 3 月 1 日进行首次大修，在大修焊缝检验中发现末级过热器左、右入口三通管与连通管（结构如图 1 所示）焊缝经磁粉及超声波检验存在严重的裂纹缺陷，该管道材质为 12Cr1MoV，规格为 61090mm，左侧焊缝有 3 条横裂纹，裂纹最深达 55mm，焊缝表面还有很多的微小裂纹。右侧焊缝存在大量的层间横向细小裂纹。经过制订合理的修补方案，缺陷得到成功地修复。 后 屏 过 热 器 出 口 集 箱 锅 炉 中 心 线 炉 后末 级 过 热 器 进 口 集 箱 炉
3、 左焊 缝 B母 材 A母 材 C焊 缝 D焊 缝 F母 材 E母 材 G炉 前 图 1 对接焊缝缺陷位置示意图1 现场检验情况末级过热器进口集箱炉左三通与连通管对接焊缝对末级过热器进口集箱炉左三通与连通管对接焊缝（即图 1 中的 B 焊缝）磁粉探伤时发现：下全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉234焊趾及焊道间存在整圈断续线性显示；初始检验时焊缝上有 3 处横向裂纹（图 2 为其中 1 处裂纹）已横跨整个焊缝并扩展到热影响区，在焊缝单面单侧进一步进行超声波检验，发现该裂纹最深达55mm。为进一步提高缺陷的检出率，对 B 焊缝表面打磨后做磁粉探伤复检，在焊缝炉后侧处表面
4、发现了更多的密集横向裂纹。从外表面观察，裂纹呈断续状，裂纹开口较大，端部比较圆钝。图 2 对接焊缝上的横向裂纹2 理化试验在现场对左侧三通与连通管对接焊缝（图 2 位置）进行了复膜金相、光谱和硬度等理化试验：2.1 复膜金相试验试验结果表明，后屏过热器出口集箱至末级过热器进口集箱炉左三通的连通管母材组织（图 1中 C 位置）为铁素体+珠光体组织，焊缝和三通管母材均为回火贝氏体+少量铁素体。连通管母材、焊缝和三通的金相组织正常，对焊缝进行进一步的观察，发现焊缝的裂纹既有沿晶开裂，也有穿晶开裂，而且裂纹内部没有发现氧化产物。如图 3。图 3 左三通焊缝的细观形貌（图 1 中 B 位置）全国火电 6
5、00MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉2352.2 光谱试验采用 -2000A 型便携式合金分析仪测试母材和焊缝的化学成分，如表 1 所示。表 2 和表 3 列出了相关标准规定的母材和焊缝的化学成分。通过比较可以看出，存在缺陷的 B 焊缝焊接接头的化学成分基本符合材质要求。表 1 焊接接头的化学成分位置 Cr（） Mo（） V（） Mn（） Ti（）母材 A 0.92 0.30 0.16 0.48 0.08焊缝 B 1.18 0.56 0.31 0.66 0.11母材 C 0.94 0.27 0.16 0.54 0.07炉左侧进口焊缝 D 1.20 0.50 0.21 0.61 0.
6、01母材 E 0.89 0.29 0.15 0.46 0.18焊缝 F 1.07 0.65 0.29 0.79 2.41炉右侧 进口母材 G 0.99 0.26 0.18 0.52 0.08表 2 12Cr1MoV 及其类似钢号的化学成分（%）技术条件 C Si Mn Cr Mo V Ni Cu S PGB5310-95(12Cr1MoVG)0.08-0.150.17-0.370.40-0.700.90-1.200.25-0.350.15-0.30- - 0.030 0.030GB5310-85(12Cr1MoV)0.08-0.150.17-0.370.40-0.700.90-1.200.25
7、-0.350.15-0.30- - 0.035 0.035DIN17175(12Cr1MoV)0.08-0.150.17-0.370.40-0.700.90-1.200.25-0.350.15-0.300.250.200.0350.035表 3 焊接材料 R317 的化学成分（%）焊条牌号 C Si Mn Cr Mo V Ni Cu S PR317 0.12 0.500.50-0.901.00-1.500.40-0.650.10-0.35- - 0.035 0.0352.3 硬度试验采用 HT-2000A 型硬度计进行测试硬度，发现焊缝硬度值偏高。按照 电力建设施工及验收规范 火力发电厂焊接篇
8、的规定，12Cr1MoV 材料焊缝热处理后的硬度值不能超出母材布氏硬度值加100，且不能超出 HB270。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉236表 4 焊接接头的硬度值位置 硬度值（HB）三通母材 A 181/183/186/187/187焊缝 B 286/285/290/293/290直段母材 C 166/165/164/165/164炉左侧进口管焊缝 D 240/232/230/219/225三通母材 E 152/153/165/165/160焊缝 F 276/276/274/257/271炉右侧进口管直段母材 G 167/175/164/171/174GB/T
9、 3077-1999 规定了 12Cr1MoV 的硬度上限值为 179HB，可以看出，炉左三通硬度偏高，炉左三通连接管焊缝 B 硬度值在 290HB 左右，已经超过标准的规定。焊缝 F（炉右三通有裂纹缺陷的焊缝）硬度值在 270HB 左右，已经达到标准的上限。3 结论12Cr1MoV 属于珠光体铬钼类耐热钢，一般为正火+高温回火状态供货（12Cr1MoV 正火：980-1020；回火：700-750）。根据金相正常、化学成本相符、硬度偏高的实验结果分析，缺陷产生的主要原因有如下几个方面：一是由于在基建管道安装时焊接工艺不当产生应力裂纹；二是焊接前后的热处理工艺未按规定程序严格执行；三是焊材的合
10、金元素含量偏高，而且已经接近了相关标准所规定的上限要求；四是焊缝及母材硬度值偏高，标准规定应为小于 HB270 实测则为 HB290。以上四个方面为末级过热器入口三通焊缝裂纹产生的主要原因。4 处理方案4.1 管道加固措施1）加工适当高度的角钢（3030） ，锁定屏过出口至末过入口连通管道弹簧吊架，防止管道下沉，工作结束后拆除。2）在切割过程中随时对剩余管道壁厚进行测量，当剩余壁厚为 20-15mm 时要焊口裂纹情况进行一次全面复查，在完全消除缺陷的前提下预留 20-15mm 壁厚余量，以保证管道不产生移位。4.2 缺陷处理的技术措施管道切割及坡口加工措施：1）进行正式冷切前，应测量焊缝宽度并
11、进行纪录。冷切结束后切口的宽度应大于原焊缝宽度10mm。测量数量为 8 处，每处相隔 45。2）对打磨平后的焊缝表面中心两侧进行测厚，以确定内壁凹台处实际壁厚。测量数据为中心线两侧各 8 处，每处相隔 45，以确定其实际壁厚。3）用环切坡口机先切出宽 12mm，深 60mm 切口，然后用 15 度坡刀推出上下坡口，再用 R15 度圆角刀切出槽底上下圆角，经检验合格后，用 R15 度坡口刀修切坡口与圆角光滑过渡，形成 U 型坡口。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉2374）对切口后出现的尖角等形状变化大的部位进行机械打磨，圆滑过渡。4.3 环切坡口机（J1QP-GX-6
12、35）固定方法1）所处理的末过三通管 61090mm 管道焊口上方是短管，下方是三通，因此装配位置必须采用倒夹装置，来进行切割；2）因环切坡口机需要与管道固定并保证其旋转和管道同心，而基建时遗留在管道上的射线探伤孔堵头所处位置影响环切坡口机架设，因此必须其将打磨后旋出，完工后再将恢复。3）635 自动环切机是以管道外圈进行测量，以 90垂直校正，所谓垂直是指角尺取该直管道为基础准垂直于环切机本体，其次测量中心是以管道外边到丝杆的尺寸；4）固定装置是以 6 个点的丝杆同时进退进行固定；由于要求的坡口是“U”型，所以采取的刀具如下：切刀：L=148 2（把） L=12 正反 2（把） （148）长
13、度L=200 2（把） L=35 正反 2（把） （148）长度L=P5 圆弧刀 1（把）4.4 焊接工艺要求：1）焊工必须具备焊工合格证，且与所从事的焊接工作资质相符，证件在有效期内。2）焊条在焊前要经过光谱检查合格。3）焊工在焊前要进行安全技术交底，熟悉工艺要求。4）焊接前，应对施工所需焊条，按照厂家提供参数进行烘干，烘干完成后，要移入保温箱中备用；焊接过程中，焊工必须将焊条装在专用保温筒内，接通电源，温度保持在 80110。当天没用完的焊条即时退回；第二天用时焊条重新烘干，重复烘焙次数不超过两次。5）采用电加热方式进行预热，在达到0后，焊工方可施焊，同时要求，在施焊过程中，层间温度不应低
14、于0，且不高于 400。6）焊接的单层厚度不大于焊条直径加 2mm，单焊道摆动的宽度不大于所用焊条直径的 5 倍。7）各层焊接接头要错开，同时要注意起弧和收弧的焊接质量，注意层间焊接清渣后的焊缝质量检查，缺陷打磨清除后，才能继续焊接。8）焊接完成后，焊工要做好自检工作，保证焊缝的外观质量符合规程的相关要求。热处理工艺要求9）热处理工必须持有资格证书，且在有效期内。10）由于是连通管与集箱三通的焊接，需作好温度的补偿措施，合理布置加热器，测温点应对称布置在焊缝中心的两侧，每侧不少于四点，切实保证焊缝热处理的温度准确、可靠。11）恒温时加热范围内任意两测点的温差应不大于 50 度。12）焊后立即进
15、行热处理。焊前预热及热处理要求：管道材质 预热温度 热处理温度 恒温时间 升降温速度12Cr1MoV 200-300 720-750 4h 68/h全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉2385 处理结果上述两道焊口经过焊接热处理后磁粉、超声波检验合格，硬度检验合格。6 结束语随着机组向大容量高参数发展，近几年在电厂的运行中出现了大管道裂纹甚至爆破的现象，因而对机组管道一些关键部件的安装都提出了更高的性能要求，合理确定焊接工艺和热处理工艺是保证机组安全可靠的基础。通过这次检验，我们强化了对机组设备安装时的质量意识，使我们对机组设备的安全检验更加明确。参考文献：1 GB/T 3077 合金结构钢 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布2标准金相图谱中国机械工程学会热处理分会发布3电力建设施工及验收规范 火力发电厂焊接篇作者简介：李晓东 男 毕业于东北电力学院，工程师职称，从事金属监督专业，现在广东国华粤电台山发电有限公司工作。单位地址：广东台山铜鼓湾国华台电设备部，邮编：529228
