再热器集箱进口环焊缝裂纹原因分析及对策

张帅帅 王凯丽 张二兵

摘 要：某电厂1台1025 t/h锅炉为上海锅炉厂制造，亚临界参数汽包炉，采用控制循环、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、固体排渣、全钢悬吊结构、露天布置燃烟煤锅炉。该锅炉从1995年12月投用至今，累计运行约15万h。

关键词：再热器;环焊缝裂纹;分析

1 缺陷情况简介

在2019年10月对锅炉进行内部检验期间，对连接管道检验发现，屏式再热器至末级再热器B进口集箱三通与弯头对接焊缝存在缺陷，材料为12Cr1Mo V，规格为Φ508 mm×20 mm。经磁粉检测发现焊缝表面存在2条横向裂纹，经打磨后检测，发现裂纹较深;再将焊缝余高打磨平整，用超声波探头放置焊缝上扫查，发现4处埋藏缺陷;对余高磨平后的焊缝进行磁粉和渗透检测，周围还有多条长度<10 mm裂纹，共发现长度>10 mm的裂纹11处，最长的裂纹长30 mm，裂纹较均匀地分布于整圈焊缝，裂纹走向皆为管道轴向。个别长裂纹已延伸至焊缝根部，且裂纹最长处位于焊缝厚度方向上的中部，说明裂纹为由中间往上下两端扩展。在扩大检查中发现，屏式再热器至末级再热器A进口集箱三通对接的第一道焊缝也存在三处>10 mm的裂纹，及多条小裂纹。

2 裂纹产生的原因分析

2.1 对缺陷部位进一步检验

为了找出产生缺陷的原因，查阅了制造、安装等技术资料和运行、维修记录，并对焊缝和母材进行硬度、金相和厚度检测。对该B进口集箱三通与弯头对接焊缝和两侧母材多个位置进行硬度、金相和厚度检测，结果如下：焊缝硬度值均在230～240 HB，弯头母材148～155 HB，三通侧母材150～160 HB，均在允许范围内。焊缝金相组织为回火贝氏体，在镜头下观察发现焊缝存在微裂纹，裂纹方向为管道轴向，沿晶界开裂;弯头/三通母材的金相组织为珠光体+铁素体，球化级别4/3.5级，未见其他异常。所测厚度值为：弯头40.1 mm、40.0 mm、40.2 mm;焊缝（及热影响区）20.1 mm、19.9 mm、19.5 mm;三通侧45.0 mm、44.0 mm、43.0 mm，厚度未見异常。

2.2 裂纹产生的原因分析

12Cr1Mo V钢的焊接性良好，经过多年的实践，该钢种的焊接规范已相当成熟。但是，该钢含有Cr、Mo、V等合金元素，焊后易出现硬而脆的淬硬组织，在焊接过程中，若有应力叠加，容易引起冷裂纹。横向裂纹的产生主要为穿晶裂纹，属于冷裂纹的一种，这种裂纹潜伏期相对较长，且一般从焊缝厚度的中间开始产生，向两侧扩展，最终贯穿整个厚度。通过分析，该裂纹产生的主要原因为：

（1）残余应力未有效消除。该焊缝为现场焊缝，焊接完成后需进行热处理。查阅了锅炉安装记录，该锅炉于1995年安装，安装的记录不完善。原先焊接工艺和热处理工艺不佳，无法有效消除应力集中，焊接残余应力水平比较高。

（2）结构不连续，造成结构应力集中加大，应力水平高。该段连通管设计厚度为20 mm，弯头和集箱三通的厚度较厚，约40 mm;集箱三通与弯头对接焊接接头的结构，为在安装对接时对两侧母材削薄处理后对接，由40 mm削薄至20 mm，该结构在焊接对接中容易存在应力集中。

3 缺陷处理建议

3.1 焊接缺陷去除

对以上焊缝缺陷采用机械整圈清根方法完全去除缺陷金属，光谱复查管材旧焊缝材料。采用磨光机打磨焊接的坡口，修磨出适合于补焊的圆滑过渡的U形槽或坡口形式，打磨过程进行MT （Magnetic Particle Testing，磁粉检验）和PT（Penetrant Testing，渗透检验）复查，确保焊缝缺陷已完全消除。坡口面及外壁两侧15～25 mm区域应将氧化皮等杂物清理干净，直至露出金属光泽。严禁用火焰切割方法去除缺陷金属。

3.2 焊接过程控制

（1）焊条电弧焊补焊填充、盖面焊接。焊接材料必须经过光谱检验合格后方可使用。

（2）采用电加热方法均匀预热。手工焊前的预热温度为200～300℃，预热宽度以坡口边缘算起，每侧不少于壁厚的3倍，且不小于100 mm。

（3）采取多层多道焊接。施焊过程中，应注意层间温度控制在150～300℃，各层各道的接头错开10～15 mm。每层焊缝的外表要尽可能焊得平滑，便于清渣和避免出现尖角，每焊一层经自检合格后方可焊接次层。为保证后一焊道对前一焊道起到回火作用，焊接时每层焊道厚度控制在不大于焊条直径。为了减少焊接应力与变形，宜采用两人对称焊接。注意不得两人同时在一处收头，以免局部温度过高影响施焊质量。单点U形槽补焊可由1名焊工完成。

3.3 焊后热处理

（1）安装热电偶。当焊接完毕，焊缝外观检查合格后，应及时进行焊后热处理。热电偶的安装位置与数量，应以保证测温和控温准确可靠、有代表性为原则。热电偶要绑扎牢固防止脱落，对焊缝热处理时可在管道周围制作加热器托架以防热处理过程中加热器脱落，热电偶与焊缝接触紧密以确保测温准确。

（2）热处理范围。热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧≥300 mm;保温宽度为从焊缝中心算起，每侧≥加热宽度+150 mm。热处理保温厚度为40～60 mm，对水平管道可以通过改变保温层厚度来减小上下部分的温差。

（3）热处理温度。焊接接头的焊后热处理，采用高温回火，恒温温度为720～750℃，要防止管内穿堂风。焊后热处理的升、降温速度以6250/δ计算，δ为焊件厚度，以≤300℃/h为宜;降温至300℃以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温。

3.4 维修质量检查要求

由于现场条件限制，本次维修的部位不宜做水压试验，采用增加无损检验比例的方法来检验维修的质量：

（1）外形检查。焊缝外形尺寸符合要求，焊缝和母材平滑过渡，表面不允许有裂纹、夹渣、弧坑、气孔，根部不允许出现裂纹、未熔合、未焊透等焊接缺陷。

（2）金属检验。按照DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》标准的要求进行光谱、金相和硬度等各项金属监督检验，检测的数量为光谱（母材2点，焊缝1点）、金相（弯头侧母材1点，三通侧母材1点，焊缝1点）、硬度（母材2点，热影响区2点，焊缝1点），且焊缝硬度≤300 HB。

（3）无损检测。采用UT100%、RT>20%和PT100%进行无损检测，执行标准NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》。

结语：通过分析屏式再热器至末级再热器进口集箱三通与弯头对接焊缝产生裂纹的原因，采用合理的焊接修复工艺对开裂部位进行维修和检验，确保了本次的维修的质量。通过总结，为了确保电站锅炉安全运行，可采取以下的防治措施：（1）不管是锅炉安装还是维修，应采用合理的焊接和热处理工艺并严格执行，提高焊接质量水平;（2）少采用不连续结构，避免加大结构应力集中情况;（3）对于运行时间比较长的机组，锅炉定期检验时应对结构不合理的地方加大检验比例，并对此类焊缝加强金属监督。

参考文献：

[1]张广兴.某电厂再热热段管道焊缝横向裂纹原因分析及处理[J].焊工之友，2019（7）：97-99.

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