电站锅炉管焊缝开裂原因分析及建议

刘瑞

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，定期对工业锅炉进行检验检测至关重要，是实现锅炉正常运行的关键保障。结合近年数据报告显示来看，现阶段，我国工业锅炉发生安全事故频率正逐年下降，且得到有效控制，所以，需要定期对锅炉进行安全性能检查，为工业运行质量安全奠定基础。

关键词：锅炉;检验;裂纹问题

引言

随着经济和各行各业的快速发展，电站锅炉四管泄露是造成机组非计划停运的重要因素之一，为深入分析锅炉四管之一再热器管对接焊缝泄露，对某泄露管进行了宏观检查、材料成分分析、硬度试验、金相组织分析和扫描电镜分析，结果表明，裂纹萌生于焊缝熔合线附近粗晶区，具有典型的沿晶开裂性质，结合该钢材焊接特性焊接工艺，分析认为裂纹性质是焊接再热裂纹，通过合理设置焊接预热温度，优化焊接工艺，改善服役管子应力状态，有利于减少焊缝发生裂纹风险，降低锅炉四管泄露率，提高机组运行安全可靠性。

1锅炉产生裂纹的原因

1.1金属疲劳原因

工业锅炉长期处于工作运行状态，使锅炉表面所承受的应力加强，应力高度集中处，因负荷和压力波动，频繁起动导致应力周期变化，引起大应力低周疲劳裂纹，在低周大应力疲劳和腐蚀介质同时作用，使裂纹不断闭合、打开，造成金属疲劳，金属疲劳现象常有发生。如新锅炉设备，在使用初期不易发生裂纹，但随着使用时间的不断延长与增加，裂纹数量也会增多，裂纹长度也会不断延长，从而影响锅炉正常工作。

1.2焊接未焊透、熔合

焊缝金属与母材间未被电弧熔化而留下的空隙叫做未焊透，熔焊金属与基体母材或与相邻焊道间及焊缝层间的局部残留间隙叫做未熔合。未焊透及未熔合都是严重的电站锅炉管焊接缺陷，这种缺陷使得焊缝的焊接强度下降产生压力容器的裂纹，因而引发安全事故。造成这个缺陷的主要原因是焊接电流过小及焊接电弧过长等，通常出现于管道内壁侧与管道外表的距离较远。

1.3焊接面裂纹

焊接裂纹是常见的电站锅炉管焊接缺陷，也是最为严重的一种焊接缺陷，会对管道结构产生严重的危害。焊接裂纹的一般情形有：液体性质、热应力性质、延迟性性质等形式。焊接裂纹一般包括热裂纹和冷裂纹。裂纹原因有：环境潮湿，管道水分较多，未先行烘烤干，焊接的高温致使焊缝区产生微量氢内部残余，焊后快速的降温收缩过程致使其内部应力加大产生裂纹。焊工责任心差，焊后未及时自检，发现问题未及时处理。连续大面积管段且厚度小时，焊接散热快，短时焊接后降温迅速，造成局部应力集中产生裂纹等等。

2锅炉裂纹检验的方法

2.1使用科学方法进行裂纹检测

根据资料审查的数据进行综合分析评价，重点检查容易产生裂纹的部位，（如工作条件苛刻及承受交变应力的部位、曾经出现裂纹以及维修过和部位、已经发现严重缺陷或者其他危险因素的部位），通过观察、使用工具和检测仪器确定裂纹。随着科学技术水平的不断提高，应采用大数据分析方法，综合分析锅炉数据，监测、评估焊接裂纹质量，控制材料质量，不仅检测准确度高，操作比较简单，成本也得到降低，这应该是以后发展必然的趋势，从而大大提高检验质量。锅炉产生裂纹的不会因某一单纯的原因产生的，是多种因素结合，可以通过锅炉个体产生的部位进行具体分析。

2.2防止类似再热裂纹缺陷产生导致泄露

管线焊接工艺技术要保证安全施工，就必须深入各项环节，做好热处理，否则会有火灾、爆炸的风险和问题。因此，施工人员必须保持高度的精神集中，不能松懈和怠慢，严格按照焊接热处理的流程工作。管线焊接工艺技术的热处理流程需要保障焊前和焊后两个方面。焊前方面，施工人员需要保证预热处理的温度，在规定的下限温度再降50℃。并且，施工人员可以利用电气或氧乙炔焰，使坡口两侧均匀受热，保持预热区域对外辐射100mm的保温效果。在此过程中，必须使用红外探测仪，确定测量温度的中心，以此为圆心进行测量。焊后方面，施工人员需保障焊缝的完整性，使热处理范围内的受热均匀，温度差不超过10℃。并且，在温度测量的过程中，可以采用热电偶的方式，根据自动记录仪的数据绘制曲线图表，进行综合分析和调整。应避免强行对口降低焊接应力，并对焊接工艺优化，如适当提高预热温度，GTAW焊前预热温度控制在150℃～200℃，SMAW焊前预热温度为250℃左右。層间温度≤300℃，并加强保温效果。焊后消应力处理应及时进行，其加热速度及保温温度应尽量避免12Cr1MoV钢产生再热裂纹敏感的温度区间500℃～700℃，保温时间宜按壁厚适当延长。

2.3预防处理措施

在管道安装阶段，一定要注意控制焊接预热温度和层间温度，严格遵守热处理规定，并在焊后24h后进行100%无损检测及硬度检查，保证焊接质量;对于阀门与直管焊接的部位，为避免应力集中和结构的不连续性，应保证变径区圆滑过渡;对运行较长的管道，应合理安排减少启停次数，加强对阀门、弯管、变径等薄弱部位的监控，在锅炉检修期间，对薄弱部位增加磁粉和超声波检测，预防裂纹等危害性缺陷。

2.4焊接面裂纹对策

管道施工过程中质量控制最为重要的一个问题就是焊接面裂纹问题，其对管道的危害性很大，对于这种缺陷的发生我们一般采取如下几种方法来解决：浅表层存在的裂纹可以用砂轮打磨，用磨平的方法处理;焊接面的裂纹过小，我们可以用裂纹来研究其发展规律，观察并记录到它的发展走势，对防止潜在的安全问题具有很大的作用。就此，我们需要在焊前要认真组装，对组装质量进行检测。尽量选择小电流多层多道焊以防止焊缝中心产生裂纹;按照工艺规程进行选择优良的焊接程序。

2.5提高锅炉的制造工艺

相关工作人员需要严格把控内部元件质量，采用视觉传感器和电弧传感器测量焊接过程中的电弧形状、熔池形状、焊接电流、电弧电压、焊道数、焊料消耗及工时等。采用大数据分析方法，对这些数据进行综合分析，这不仅需要对焊接质量进行监测、评估，还需要对材料质量进行控制，最终实现反应堆筒体生产全过程的信息化管理。该系统可以对多台焊机乃至整个生产车间进行协调控制，形成车间智能化生产模式，能够实现对生产质量的有效监控，有效控制和管理生产成本和生产过程，从而大大提高生产效率和效益。

结语

随着电站锅炉参数的逐步提高，主蒸汽管道长期在高温、高压状态下运行，其安全可靠性尤为重要。使用单位及检验单位应提高管道安全的重视程度，加大管道的监控力度，为锅炉运行提供安全保障。电站锅炉管的焊接环境非常复杂，有时还会涉及到高空作业，焊接的质量对管道能否安全运行有着直接的影响，但是电站锅炉管的焊接要求操作极高。对于电站锅炉管而言，焊接是一个重要的工作，它的质量和效率对工程的工期及安全性有着重要的影响。为了避免电站锅炉管出现安全事故如泄漏、腐蚀等，应在选材，安装等环节上对质量进行严格的检测，并在操作规范上严格要求，电站锅炉管在发生安全隐患的时候能够及时的进行解决并施加措施以及办法，及时对电站锅炉管焊接的缺陷进行修补，以此来保障电站锅炉管的安全性。

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