火力发电厂660MW锅炉焊缝开裂原因及分析

常正平

【摘要】以某火力发电厂为例，对其二期工程中出现的锅炉集箱大面积裂纹缺陷进行分析，分析裂纹产生的原因，并针对这些缺陷提出具体的返厂返修技术工艺。

【关键词】火力发电厂;660MW锅炉;焊缝开裂;开裂原因

1、概述

某火力发电厂二期工程为2×660MW超临界发电机组，超超临界参数下的变压运行螺旋管圈直流锅炉，燃烧方式为四角切圆燃烧，最大连续蒸发量是1955th-1，过热蒸汽的出口压力为28.25MPa，出口温度是605℃;再热蒸汽的最大连续蒸发量是1645th-1，进口压力5.62MPa，出口压力为5.82MPa，进口温度是362℃，出口温度是623℃。

2、缺陷情况

火力发电厂中每台锅炉的受热面集箱有41个，起动分离器为2台;集箱现场复验中发现过热器及在热器共有6个集箱管的底角的焊缝存在裂纹，材质分别为SA335-P91、SA335-P92及12Cr1MoVG。

3、原因分析

3.1 裂纹位置及深度。现场三种材料的集箱出现了表现裂纹，裂纹位置全部位于焊缝中间，通过观察，裂纹存在如下的规律：锅炉集箱裂纹全部沿着焊缝呈环形分布;12Cr1MoVG材料裂纹都集中分布在三通侧环缝这一热影响区域;SA335-P91上的裂纹都位于焊缝中间;锅炉集箱沿焊缝的熔合线出现2-25mm长度的断续的细微裂纹;锅炉集箱沿焊缝的细微熔合线打磨之后，经过一段时间，还会出现同一类型裂纹;有些锅炉集箱第一次检查没有细微裂纹，但过段时间会发现1-2条细微裂纹在焊缝熔合线处。

现场对上述裂纹进行打磨，多在打磨0.5-1mm之后，裂纹能够消除，周围断续裂纹，多数向下打磨3-4mm之后，裂纹能消除，最深打磨深度为6-8mm;对焊缝熔合线处裂纹挖补打磨后，经过4-5天裂纹没有出现。因此判断，焊缝熔合线处裂纹属于浅表裂纹。

3.2 裂纹产生的原因分析。为对锅炉集箱裂纹产生原因进行分析，锅炉厂对此进行了核查，核查集箱材质，核查集箱无损伤执行状况，集箱力学性能如表1所示。集箱环缝及同三通环缝的焊接打底全部氢弧焊，封底为手工电弧焊，其余采取自动埋弧焊。对焊接检验记录还有集箱无损深伤的报告进行核查，集箱制作的过程中不存在异常现象。

3.2.1 12Cr1MoVG材质集箱裂纹多发生在集箱体三通侧环缝这一热影响区域，为0-5mm浅表裂纹，属于焊接的冷裂纹，是因为集箱环缝表层全部通过自动埋弧焊接完成，焊接盖面最后的一道焊缝发生在三通侧，焊接线的能量大，加之处理过程中没有减缓冷却速度，没有即刻进行后热处理，热影响区为焊接接头的最薄弱区域，因此集箱的三通侧容易出现浅表裂纹。为避免这些裂纹，焊接盖面时需将“退火焊道”原理充分利用，最后焊缝焊接时需通过小规范再加焊一道，如此焊接热影响区焊接质量才会更可靠，裂纹发生几率才会大大降低。

SA335-P92材质集箱裂纹多发生在焊缝熔合线，属于氢致延迟裂纹，多是因此消氢不及时所导致。焊缝接头焊后残余应力大，应力的分布不均匀，消氢不及时，热处理规范性差，应力梯度大，所有原因叠加导致了焊缝熔合线裂纹的出现。

3.2.2 SA335-P91材质集箱裂纹多发生在焊缝中间，多为氢致延迟裂纹及热裂纹，属于弧坑裂纹所导致的。埋弧焊接时会出现弧坑裂纹，这些裂纹尽管经过打磨在出厂时不会检测出，但是集箱处理中没有进行消氢处理，热处理的规范度不够，焊后没有进行回火热处理，焊接头表面存在较大应力，使得集箱应用一段时间后就出现了裂纹。

对SA335-P91材质集箱裂纹入厂进行复检，经过复检判断裂纹属于热裂纹。因SA335-P91材料其基础材料内添加V及Nb元素改良而成，这两种元素在焊接过程中如果焊前预热没有到位或者是加热不均匀容易出现热裂纹。

4、集箱裂纹返修补焊

因此火力发电厂集箱缺陷范围大，为确保锅炉机组能够安稳运行，需对发电厂内的所有集箱返厂处理。处理的工艺为：

4.1 三种材质集箱裂纹多出现在集箱拼接的环缝、三通对接缝还有端塞焊缝表面，需要按照规范对原焊缝最后的一层盖面层进行打磨消除，通过打磨让其出现适合焊接的一个坡口，熔合线如果存在缺陷也需要进行打磨，打磨之后需要进行100%MT检测。

原焊接盖面层厚度约为3mm，余高在出厂前已经打磨掉，且打磨的深度为1-3mm。因此返厂后需要将现有焊缝表面进行1-3mm打磨，这样就能够将原盖面层的焊缝清除掉，但是熔合线处的焊缝面需要向母材延伸2mm之后进行3-4mm深度的打磨，这样才能够将表层焊缝清除。

焊缝环缝如果存在管接头的，需要对焊缝的表面进行修磨检查，如果检查中发现问题需即刻返修。

4.2 按缺陷所标注的位置，对缺陷通过砂轮进行打磨，直到将缺陷去除，且在打磨过程中还需要修磨出一个合适的斜度，并对焊接区周围20mm这一区域范围进行清理，清理此区域内的水、锈、油等，确保焊区满足焊接的要求。

4.3 进行100%MT检测，确保缺陷已经被消除。

4.4 对焊接预热温度还有焊接的层间温度进行确定。环向加热时，加热的宽度不能小于200mm，且焊前必須预测，预热温度不能低于100℃，焊接过程中，焊接温度不能低于最低的预热温度，且最高层间温度为300℃。在焊接过程中，每道焊接工序完成之后必须将焊渣清除干净，全部清除干净后才能够进行下一个焊接步骤，一旦发现焊接缺陷需要即刻进行清除。

4.5 12Cr1MoVG材质集箱补焊需要通过手工电弧焊或者手工氩弧焊来操作，补焊时GTA的预热温度不能低于80℃，焊接的电流保持在90-140A，电压保持在10-18V;SMA的预热温度不能低于8150℃，焊接的电流保持在90-130A，电压保持在22-28V;焊接过程焊接的方法为不摆动焊接，这样焊接应力可以大大降低。

焊接时焊接温度也不能低于最低的预热温度，焊接最高的层间温度为300℃，按照焊接规范进行，焊接中发现缺陷即刻处理。补焊后需按照200-400℃×2hr进行消氢处理。

4.6 焊接需多层多道进行，尽量直道焊，摆动的宽度需≤焊条直径3倍，焊接完毕，需将焊接清除干净后才能进行下一道的焊接。焊条烘干之后能够随用随取，但是领去之后必须在4小时之内使用，不能超过这一时限。对焊缝的表面进行修磨，确保表面能够达到圆滑过渡。

4.7 对补焊的焊缝进行打磨，确保补焊的焊缝在≤5mm的时候，能够100%通过MT检查，而补焊的焊缝在>5mm的时候，能够100%通过MT+UT检查，这样才能够满足探伤的要求。

4.8 补焊后需要进行局部热处理，处理中应避免对集箱产生变形影响，处理时需要对电加热元件进行环向包裹，并在焊缝的上下位置还有焊缝两侧边缘50mm处各搭建一点热电偶，并对热处理曲线进行记录，确保热处理的要求同返修要求一致。

4.9 热处理之后需要进行抛磨补焊焊缝，确保焊缝100%通过MT复检。上述火力发电厂的锅炉集箱自首次发现集箱裂纹缺陷之后，经过数次检验、复检，焊缝处裂纹反复出现，最终将所有集箱按照上述的工艺返厂进行返修处理，锅炉厂进行第一次检验，之后电厂锅炉检测中心再进行复检，所有集箱没有发现超标缺陷，电厂锅炉集箱的裂纹缺陷得以全部消除。

5、結束语

近些年，随经济科技发展，电力事业发展迅速，我国很多电站锅炉厂都处于超负荷工作状态，锅炉制造的质量出现明显下滑，加之超临界锅炉的各种新型材料性能还处于研发阶段，很多技术还不成熟。因此电站锅炉在建设过程中必须加强安装前的检验，确保锅炉安全性，并对安全性能检测过程中所发现的所有缺陷问题及时分析总结，这样才能够确保电站设备能够保持安稳运行。

参考文献：

[1]周旭刚.锅炉主汽阀焊接接头裂纹原因分析及处理措施[J].科技风，2015（22）：102-102.

[2]刘立海.锅炉安全门管座角焊缝多次开裂原因分析与处理[J].吉林电力，2014，42（2）：53-54.

[3]温吉利，冯冰潇，符栋良.WNS型锅炉回燃室与检查门圈连接焊缝裂纹的原因分析[J].工业锅炉，2015（3）：56-57.

[4]邓鲲，卫军，韩晓坤.一起锅炉汽包集中下降管管座焊缝裂纹产生原因分析[J].特种设备安全技术，2014（3）：26-26.

[5]杨必应，张凤安，蔡沧龙等.超超临界锅炉水冷壁鳍片焊缝裂纹原因分析及其防治措施[J].工业加热，2015，44（06）：63-64.