1100T锅炉过热器联箱三通与连通管对接焊缝裂纹修复

改造者：张小宇

1100T锅炉过热器联箱三通与连通管对接焊缝裂纹修复

改造者：张小宇

公司1100T锅炉在2011年进行首次检验时，发现后屏出口连通管与后屏出口集箱三通对接焊缝、与末过进口三通对接焊缝的三通侧熔合线均发现裂纹，通过对部件的结构、裂纹形式和位置进行分析，找到了裂纹形成原因为安装焊接时焊缝融合线存在应力集中台阶和表面咬边问题；并针对原因编制了技术措施和修复方案，修复过程中严格控制各项参数和工艺要求，确保三通裂纹成功修复。

公司1100T锅炉为上海锅炉厂引进型亚临界参数汽包炉，燃用烟煤。采用自然循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置燃煤锅炉。其末过进口集箱规格为Ф406×50；与末过进口集箱三通对接的连通管规格为Ф610×65；后屏至末过连通管（下文简称连通管）规格为Ф610×65。三通规格均为Ф406×406×610，材质均为12CrlMoVG。

对接焊缝裂纹描述

2011年4月，在对#4锅炉进行内部检验时发现连通管与后屏出口集箱三通对接焊缝、与末过进口三通对接焊缝的三通侧熔合线均发现裂纹；其中连通管与后屏出口管道三通对接焊缝炉前、炉后裂纹分别长约400mm，连通管与末过进口三通对接焊缝炉前侧裂纹长约350mm，采用裂纹深度检测仪测量裂纹最大深度约20mm。裂纹见下图1、图2，裂纹截面示意图见图3、图4。

图1 后屏出口管道三通缝裂纹

图2 末过进口三通缝裂纹

图3 三通裂纹位置

裂纹形成原因分析

经对连通管布置和对接焊缝结构进行分析，分析判断裂纹形成原因可能为：

连通管为倒U型，高不足2米、宽不足2米的大口径厚壁管道，管道本身刚度较大，加之连通管与三通在安装时对接焊缝在三通的两侧面均留有一个5mm高、角度约为75°左右的突变台阶，该突变台阶处于焊缝熔合线薄弱区域，大刚度连通管的膨胀力传递至三通时在突变台阶处形成二次应力集中。

因三通为厚壁大口径，三通现场焊接比较困难，在焊后产生较大的残余应力，加上三通处形状不规则，热处理的加热带不好捆扎，焊后热处理的参数难以控制，影响焊后热处理的效果，使焊接应力无法充分消除，导致设备有焊接残余应力。

由于上述两点锅炉投产后，启、停及运行时（连通管温度约500℃）蒸汽流动给设备造成的轻微晃动，使得对接焊缝突变台阶处二次集中应力和焊接残余应力达到峰值，从而在焊缝的表面咬边、成型不良处形成裂纹源并扩展延伸。

图4 三通裂纹消除后

处理方案

裂纹消除：为防止裂纹在打磨过程中发生延伸，在距裂纹两侧末端5mm位置处钻止裂孔后，先进行表面打磨，焊缝打磨深度约3～5mm时，裂纹仍明显可见，确定非表面裂纹；经多次打磨、表面无损检测检查，直至确认裂纹已打磨消除。后屏出口管道三通出口两处打磨深度分别为：两端约5mm，中间最深处约17mm；末过进口打磨深度：两端约5mm，中间最深处约21mm。打磨后示意图见图5、图6。

图5 三通补焊圆滑过渡后

裂纹消除后采取如下方案进行返修。

为方便施焊，焊缝补焊前应将裂纹打磨槽进行修整，要求修整出V型坡口；坡口表面及外壁至少20mm范围内油漆、污垢、铁锈等打磨清理干净，露出金属光泽。

焊接地线严禁直接搭设到被焊工件表面上，避免电弧打伤，严禁在工件表面随意引弧或试验电流，引弧应在补焊部位内进行。

用电加热装置对三通对接焊缝进行焊前预热，预热温度为300℃，升温速度≤75℃/h。

补焊参数如下：采用Ds方法，焊接材料选用R317 Ф2.5mm焊条第1、2层填充，直流反接，电流90～105A，电压20～24V；Ф3.2mm焊条进行填充及盖面，直流反接，电流105～130A，电压20～24V；焊条应烘干后放入保温桶内待用。

用红外线测温仪确认需补焊区域达至指定预热温度后，开始进行焊补工作，补焊过程采用多层多道方法焊接，层间接头应错开15mm左右；补焊过程严格控制层间温度在250～300℃之间，每层补焊厚度不得超过3.2mm；多层多道焊应逐层进行清理、检查，经自检合格后，方可进行下一层焊缝的焊接，直至施焊完成；施焊过程中，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将弧坑填满，防止弧坑裂纹的产生。

此次补焊重要点就是将原有的突变台阶用焊缝填充，消除应力集中区域，使得管道受力能够平稳的传递到三通处，因此焊缝表面应与三通母材圆滑过渡，如图5所示。

焊后焊工认真自检，焊接表面不允许咬边、气孔、夹渣、裂纹等缺陷，焊缝余高差符合要求，表面成型美观。自检合格后报焊接专业质检员检验复查，复查合格后，采用电加热方法进行焊后热处理，恒温温度：720～750℃，恒温时间：4h；升降温速度小于75℃/h。预热及焊后热处理工作应出其热处理报告并提供自动温度记录曲线。

为防止延迟裂纹漏检，要求热处理完成48h后，将焊缝清理干净，并用角磨打磨，露出金属光泽。对该焊口进行100％UT（超声波探伤）+100％ MT（磁粉探伤）检验，检验合格后完成补焊所有工序，并出具检验合格报告。

经按上述措施处理后，未发现缺陷。2012年、2013年、2014年机组检修期间进行连续跟踪复检，未发现裂纹。可以认为，裂纹原因分析完全正确，裂纹已完全消除。

建议

集箱三通焊缝现场焊接、热处理较困难，有时会发生强制对口现象，致使焊缝在焊后产生较大的结构应力，因此提出以下两点建议。

三通与管道壁厚差问题应用焊缝填充，圆滑过渡，否则易形成突变台阶。

大口径三通现场焊接后，应更具三通的形状定制专用的加热带，克服三通加热温度不均匀、加热带不好捆扎等问题，使温度可控，确保热处理效果，焊接残余应力充分消除。

机组投运后，结合机组检修应重点对三通等焊接难度大、结构不规则的设备进行无损检测，及早发现隐患及早处理，确保设备安全运行。

张小宇

南京化学工业园热电有限公司

张小宇（1977年）男，汉，江苏镇江人，工程师，本科。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.045