哈锅超临界机组检修螺旋水冷壁焊接裂纹产生及处理

周 荣

（福建省鸿山热电有限责任公司，福建 石狮 362700）

超临界机组螺旋上升式水冷壁密封鳍片的焊接与相应的管内螺纹水冷壁机组焊接难度不同，同时由于近年来水冷壁高温腐蚀的防护喷涂的涂层影响，导致存在高温腐蚀的该类型水冷壁密封焊接出现的裂纹要比常规60OMW机组的密封焊接裂纹多，在水冷壁爆管泄漏中，密封鳍片拉裂引起的锅炉管子爆漏、停炉占了相当大的比例。本文旨在通过对机组检修过程中水冷壁密封焊接裂纹的产生和处理的过程分析，制定相对有效的处理方案以解决类似的问题。

1.锅炉水冷壁结构介绍

福建省鸿山热电有限责任公司600MW机组的2台HG-1962/25.4-YM3型超临界压力变压运行本生直流锅炉，本锅炉炉膛断面尺寸为22.1873 m宽、15.6323 m深，水平烟道深度为5.3224 m。水冷壁为全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁为垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏二者之间用过渡集箱连接，过渡点在标高47.55 m处，转换比为1:3。垂直段管屏管子规格31.8×6.2 mm，材质15CrMoG，螺旋段管子采用38×7.3 mm，材质15CrMoG。在螺旋管圈水冷壁部分采用可膨胀的带焊接式张力板垂直刚性梁系统，下部炉膛和冷灰斗的荷载传递给上部垂直水冷壁，保证锅炉炉膛自由向下膨胀。

2.焊接裂纹的情况统计

该公司近三年的机组检修过程（2019-2021年）中，水冷壁鳍片密封焊接完成后一次检验中，共计发现：纵向鳍片裂纹527处（最长为1.2 m），横向裂纹246处（最严重为延伸至管子母材1 mm），且裂纹多发生于管子向火侧，且反复出现“焊了就裂，补了又裂”的情况，对检修质量及后续设备的可靠运行产生了极大的影响。经现场详细检查发现：纵向裂纹往往发生在成片（8-10根）管排更换过程中最后焊接的几条焊缝上，由于检修工艺或者焊接方式不当往往造成所有管排应力集中在最后焊接的焊缝上，造成该裂纹的产生。横向裂纹多发生在鳍片塞缝时的点焊处及焊缝焊接的收弧处，裂纹垂直于管子走向朝管子母材发展。此类裂纹一般较为细微且都有扩展性，需要细致检查或者进行探伤检查。在机组的运行中，此类裂纹极易扩展至管子母材，导致水冷壁管拉裂泄漏，需要引起高度的重视。

3.焊接裂纹产生的原因分析

产生焊接裂纹的主要原因有：检修工艺不当造成受热面变形，最后导致鳍片密封焊接过程中应力大；水冷壁割管过于集中，成片割除的范围过大，且管排割除后未进行固定，造成最后焊接应力集中大；焊接参数选择、焊接顺序安排不合理造成焊接残余应力大；焊接前焊缝区域未清理打磨干净，喷涂层影响焊接质量。因此，我们在检修过程中应尽可能优化检修割管和恢复的工序，合理选择焊接工艺，做好焊前的打磨清理（针对有高温腐蚀防护涂层的区域）可有效地减小焊接残余应力，减少焊接裂纹的产生。

3.1 纵向裂纹产生原因

一是水冷壁检修割管过程中，采取先大面积割管后进行恢复焊接的方式，导致水冷壁开口大、变形大，在恢复过程中出现强行拉拽管排拼缝的情况，产生了极大的应力，导致纵向裂纹发生；二是鳍片填缝时安装不到位，导致在焊接时应力集中造成焊缝开裂；三是为了加快检修进度，采用较大的焊接电流，线能量输入大；四是为了检修进度，往往“图省事”，采用依次顺序焊接的方式，焊接手法及焊接顺序选择不合理，造成相对集中的焊接应力；

3.2 横向裂纹产生原因

一是点焊产生的横向裂纹主要是由检修工艺不当造成的，其中主要体现在：现场施工过程中由于点焊质量不过关造成点焊处强度不够；钳工在填塞鳍片时，往往是先将鳍片一头点焊，然后用手锤等工具进行逐段敲击填充，容易造成各个点焊焊缝受到很大作用力产生裂纹。二是焊接收弧时由于焊接时熔池不饱满、收弧过急、焊接接头重叠、熔合不良、熔池金属冷却过快等原因产生收弧裂纹。三是焊接结晶裂纹主要集中在水冷壁向火面进行过防腐蚀喷涂的区域，由于在焊接时未将焊缝区域的喷涂层材料清理打磨干净，导致喷涂材料熔融进焊缝金属内部，改变了焊缝金属的化学成分，在晶界处产生结晶裂纹，最终导致焊缝开裂。

4.检修焊接注意事项

鳍片裂纹的产生原因很多，也很复杂，因此在机组检修鳍片焊接过程中，要细化对水冷壁检修方案编制，明确检修工艺顺序及焊接顺序，减少水冷壁受热面的大开口，同时细化密封焊接工艺的方案，明确密封结构要求、焊接部位要求，优化焊接位置结构，制定合理的焊接工艺卡，提高焊接质量，减少焊接裂纹，避免水冷壁管泄漏事故的发生。参与焊接作业的焊工应经过正规的焊接培训，持证上岗。在作业前应开展焊接考核，并进行详细的焊接注意事项交底，明确奖惩；检修过程中使用的电焊机应进行修前检查，检查电流调整灵活性、准确性，电流表和电压表显示正常无误，并进行试用合格；采购合格的焊材，所有焊材使用前经过光谱复查，在使用过程中有专人进行管理，避免焊材使用错误，同时可以考虑焊条的焊接特性，采用较好抗裂性的焊条。焊条应按照规定烘干使用，在使用过程中加强保温桶的保温管理，随用随取，避免焊条受潮或者受到其他污染物的污染。由于该电厂地处沿海，海风较大，在焊接过程中极容易受到炉膛压力影响和左右侧水冷壁穿堂风影响，因此在焊接过程中应使用防火毯、防火篷布等措施对焊接区域进行防风处理，剩余最后几道焊缝施工时可使用保温棉等措施进行防风处理，避免出现焊缝冷却过快导致裂纹产生。在割管过程中尽量使用切割机进行鳍片密封的割除，既能使密封焊缝平整便于焊接，又能减少鳍片焊接前焊缝的清理工作量，密封焊缝平整间隙小也可以减少焊接量，减少热量输入，对控制变形和焊接裂纹有较明显的作用。若使用火焰切割的方式在填充鳍片前应做好清理工作，将焊接区域表面的污物、涂层等清理干净，露出金属光泽，并保证无裂纹等缺陷。在割管时应根据缺陷情况合理安排割管的范围及面积，同一时间不宜进行大面积的割管，尽量减小受热面的开口面积，减少恢复过程中最后几根管的应力集中。同时在割管后应做好割管区域的加固工作，特别是垂直张力板如果有割除的更需要加强对相关区域受热面的固定，减少受热面变形。为减少在填缝过程中鳍片使用锤击强行就位，在塞填鳍片前应将所有需要塞填的焊缝打磨平整，鳍片下料时做好尺寸控制，减少塞填过程中反复锤击、修切，一次塞填完成。同时在鳍片点焊固定后要做好焊点的检查，检查焊点焊接正常无相关缺陷后方可开始整体焊缝焊接工作。同时注意点焊作业应由专业焊工进行，用于确保点焊的质量。在水冷壁管排焊接对口前应做好受热面变形情况的检查，若出现变形严重影响鳍片塞填的情况，应先将变形严重的管排进行矫正或者更换，保证鳍片密封部位结构正常。在塞填水冷壁鳍片时，应尽量将鳍片中心塞填至上下两根水冷壁管中心线位置，保证中心尽量对齐，减少焊接后的内应力。在采购水冷壁鳍片时，应根据图纸设计以及检修现场经验制定合理的鳍片尺寸，要求厂家一次加工成型，减少现场的修割，同时要求厂家在生产时制作好双面坡口，用以确保鳍片密封焊接强度。大片管屏区域连续多条焊缝时应采取错缝、交叉、跳焊等措施，炉内外宜同时作业，从最中间焊缝往外焊接，炉内外双面焊缝应同时考虑交叉焊或跳焊，控制好焊接顺序，减少焊接变形和焊后裂纹的产生。焊接时应要求现场焊工的焊接方向沿着螺旋上升的方向从下往上堆焊，确保足够的焊缝强度，减少焊接后裂纹的产生。在焊接过程中应注意控制焊接电流的大小，焊接电流应尽量小，同时在条件允许的情况下尽量采用二氧化碳气体保护焊的方式代替手工电弧焊，减少焊接线能力的输入，减小焊接热应力，将焊后裂纹产生的概率将至最低。在水冷壁鳍片焊接过程中，尤其需要重视焊接收弧熔池应饱满，减少焊缝接头的重叠，避免出现裂纹。在焊接后宜等待一段时间（比如一整夜或一天）后再进行焊接密封质量的检查和处理。在检查前必须将焊缝区域的药皮清理干净，确保检查的质量。焊接完成后由于检修时间受限需要立即进行检查和恢复的，若检查过程中发现裂纹，也不宜立即处理，应放置一段时间待应力彻底释放后再进行处理，避免反复焊接反复裂的情况发生。同时处理过程中应将裂纹彻底打磨干净甚至磨透后重新进行焊接处理。检修过程中水冷壁鳍片密封焊接质量对水冷壁检修质量的影响极大，因此需要现场技术管理人员特别是焊接管理人员加强对现场焊接过程的巡查，及时发现焊接过程中存在的不足和违反工艺方案的行为，督促焊工按照既定焊接工艺卡进行焊接作业。同时也可以采取激励措施提高焊工对焊接质量自行把关的积极性，也对焊接质量的提升有极大的促进作用。

5.结语

在该厂#1锅炉水冷壁检修过程中，严格按照上述检修焊接注意事项开展水冷壁检修过程鳍片密封焊接管理，焊接裂纹得到了很好的控制，出现的次数极大幅度得到了降低（纵向1处、横向1处）。但值得我们注意的是，上述工艺要求的执行需要时间作为基础，在机组检修过程中需要严格做好检修工期计划的制定，特别是要为各检修项目完成后的验收及质量整改留足充足的时间，否则匆忙进行缺陷的处理，只会出现“越处理越难处理”的情况。但不管检修时间的长与短，我们一定要秉承质量原则，制定良好的焊接工艺，做好过程监督和细致的焊后检查，确保检修焊接质量，保障设备的安全和稳定。