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锅炉 高温 过热器 接管 焊缝 裂纹 原因 分析

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鞭 ： 麓 锅炉高温过热器联 箱接管座 角 焊缝裂纹原 因分析 河北马头发电有限责任公司 ( 邯郸0 5 6 0 4 4 ) 张轮 河北省 电力研究 院 ( 石家庄0 5 0 0 2 1 ) 张东文李瑞峰董国振 河北电力石家庄焊接培训中心 ( 石家庄0 5 0 0 3 1 ) 王宝才何生贵 1 概述 河北某发电有限责任公司 1 0 锅炉是由某公司生产 的亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡 通风、固态排渣、半露天布置及全钢构架的兀形汽包 炉。高温过热器 出 口联 箱共有 三根，编号 分别 为： 8 0 M2 4 1 8 - 3 - 0 ，8 0 M2 4 1 8 - 4 - 0和 5 5 M 2 4 1 8 - 2 _ 0 ，联箱规格 为 0 9 6 m m X 1 l O m m，联箱材质为 1 2 C r l Mo V G钢；手 孔规格为 t h 1 5 9 m m2 5 ra m，材质为 1 2 C r l M o V G钢；小 管规格 为 ( b 5 1 m m 1 l m m、q 5 5 4 m m 1 1 m m，材 质 为 S A 2 1 3 1 2 2钢。 安装 前 在 对 1 0 炉 编 号 分 别 为 8 0 M 2 4 1 8 3 - 0 、 8 0 M2 4 1 8 -4 - 0 、5 5 M 2 4 1 8 - 2 -0的高温过热器出口联箱接管 座及手孔接管座角焊缝进行安全性能检验时，发现大量 管座存在缺陷磁痕显示，经现场打磨检查发现缺陷有一 定的普遍性。对 1 2 C r l M o V G钢出现裂纹现象在以往设 备安检中很少出现，如何正确分析裂纹产生原因，是解 决裂纹缺陷问题及制定处理措施的关键。 2 裂纹缺陷情况 ( 1 )编号为8 0 M2 4 1 8 - 3 - 0的联箱简图 ( 见图 1 ) 。 A 一。 _- _F 图1 首次检验 B 1 、c l 、D 1 、F 1一F 、9共 1 2个管座及手 孔角焊缝，发现联箱手孑 L 、B排第 1根和 C排第 1 根两 个管座角焊缝存在缺陷磁痕显示，之后对其进行扩检， 扩检 A 1 A 1 7 、F I OF 1 7 、C 1 7 、D 1 7及 E l 7管座角焊 缝，未见缺陷磁痕显示。 ( 2 )编号为 8 0 M 2 4 1 8 4 的联箱简图 ( 见图2 ) 。 检验 A1A 2 0 、B 1 、C 1 、D 1 、E 1 、B 2 0 、C 2 0 、 D 2 0 、E 2 0 、F 1 一 F 2 0共 4 8 个管座，A排第 l至 1 8 根、 t ， -。 - - I t _ 。 _ _ t - _ _ _ - _ 1 f 。 _ _ t _ _ - - t - _ ， t _ _ _ ” - _ - _ _ - ， 缝缺陷，补焊后方可以继续施焊。 ( 4 )焊接时为减小风速对 C O 气流的影响，应使用 防护罩。 ( 5 )焊接操作时，两侧焊缝交替焊接。 ( 6 )焊接时弧坑一定要填满。 ( 7 )分层焊接时，焊缝 层温度应 控制在 1 5 0 2 0 0 o C，当层温 2 0 0 o C 时，可以视情况间歇一段时间， 待温度降低后， 再继续焊接作业。 ( 8 )焊缝焊接结束后，朝下的一面应放在石棉灰 内，朝上的一面覆盖上石棉被，以减缓焊缝冷却速度。 6 焊后清理及检验 焊接完成并保温缓冷后，应进行焊缝修整处理， 修 2 0 1 0年第 1 4期焊接与切割 WWW m et a| wo r k i ng1 9 5o co m 参磊 工热 加 工 磨影响外观质量的焊疤及尖角毛刺。修整完成后的焊接 外观要求整齐美观，焊缝均匀，无气孔、夹渣、未熔 合、飞溅和咬边。 全部焊接完成后，按照 G B 1 1 3 4 5 -1 9 8 9标准，应用 超声波探伤仪对焊缝内部质量进行检验，若发现缺陷， 采用碳弧气刨清除缺陷后补焊。 7 结语 上述设计改进及工艺方法无须专用焊接、加热设备 和热处理工序，无论是从经济上还是焊接质量上都是可 行的，降低了铰接架的制做成本，取得了较好的应用效 果 。MW ( 2 0 1 0 0 1 l O ) 图2 c排第 2 0根、E排第 1 根和 F排第2根管座角焊缝均存 在缺陷磁痕显示。 对其 1 0 0 检验 ，发现该联箱上 1 0 2个管接头，共 有 3 9个角焊缝筒身焊趾处存在缺陷磁痕显示。 显示为止。在打磨过程中发现，开始缺陷位于联箱侧的 熔合线处，随着打磨深度的增加，磁痕逐渐向焊缝方向 发展 。 图8 、图9 、图 1 0 、图 1 1为修磨后角焊缝的情况。 缺陷消除干净后，最深处低于母材 4 5 mm，修磨出的沟 槽宽度为 1 5 ra m，角焊缝的高度为2 6 ram，宽度为 l 8 m m。 由此可知，缺陷具有一定的埋藏深度。 观察缺陷的分布情况发现 ，缺 陷主要分 布在靠近联 箱筒身端部的管接头和联箱筒身最外排管接头上，缺陷 3 首次检验 A 1 A1 7 、F 1 6 、F 1 7共 1 9个管座及手孔 角焊缝，A排整排管座角焊缝均存在连续或断续的不同 程度的裂纹，最严重为整圈裂纹。之后对其进行扩检， 扩检 管 座 为 F 1F 8 、B 1 、C 1 、Dl 、E 1 、B 1 7 、C 1 7 、 D 1 7及 E l 7共 l 6个管座焊趾处存在缺陷磁痕显示。 对其 1 0 0 检验，发现该联箱 1 2 0个管接头，共有 3 1 个角焊缝筒身焊趾处存在缺陷磁痕显示。 ( 4 )典型缺陷及说明。典型裂纹缺陷见图4 、图5 、 图 6 、图7 ，发现裂纹都是出现在联箱侧的熔合线上。 图4 图5 图6 图7 3 裂纹缺陷修磨情况 对编号为5 5 M 2 4 1 8 - 2 - 0的联箱个别典型裂纹缺陷进 行打磨。打磨一定深度后 ，接着进行磁粉检验，发现仍 有缺陷磁痕显示，继续打磨，如此往复 ，直至没有磁痕 图8 图9 _ 匮 图1 0 1 l 特征为沿角焊缝联箱筒身侧焊趾处断续分布，根据现场 打磨情况看，裂纹 最长为 1 5 iI l l n ，大部 分深度在 1 2 m m，最深的为4 5 m m。 4 裂纹形成原因分析 该高温过热器出口联箱筒身材质为 1 2 C r l M o V G钢 ， 规格为 + 6 0 9 6 ra m1 l O m m，管座材质为 s A _2 1 3 T 2 2 ， 规格 为 6 5 1 m m X 1 l m m、 b 5 4 mm 1 1 m m，为某公 司 3 0 0 MW锅炉成熟的产品。在该公司已有几十年 的生产 制造经验，焊接及热处理工艺相当成熟，以前从未出现 过此类情况，对此次出现的联箱管座角焊缝焊趾裂纹情 况制造厂也觉得很意外。因此 ，制造厂对该联箱所使用 的材料人厂复检记录进行了审核，结果表明该批联箱所 使用的材料及焊材均满足标准要求。为进一步确认缺陷 性质并分析原因，对缺陷处进行了现场金相及硬度检 验，并进行了取样分析，结果如下。 ( 1 )现场金相检验结果裂纹位于联箱角焊缝简身 侧焊趾熔合线附近，裂纹断续沿晶扩展；母材组织为贝 氏体 +铁素体组织；裂纹情况见图 1 2 。 ( 2 )现场硬度检验结果采用便携式里氏硬度仪对 参曷 工热 加 工 塑 型兰 ! 笪! 塑誓 WWW m et a 1 wor k i n g 7 95 0 co rn 图1 2 裂纹起源于粗晶区终止于细晶区 联箱母材进行硬度检验，检测结果 ( 换算为布氏硬度) ： HB W1 5 2，HB W l 5 6，HBW1 5 7，HB W1 6 0。 ( 3 )取样分析结果裂纹起始于角焊缝筒身焊趾处 熔合线附近粗晶区，以沿晶和穿晶断裂向内扩展， 终止 于筒身侧热影响区细晶区内，未扩展至简身母材，主裂 纹深度为4 5 mm 。 ( 4 )原因分析 以上检验结果表明， 筒身金相及硬 度均符合 G B 5 3 1 0 -2 0 0 8 要求。通过对裂纹的位置及扩 展方向，并结合该结构的具体特点，认为该裂纹为延迟 冷裂纹的可能性较大，其理由如下。 第一， 裂纹起始于热影响区粗晶区并沿热影响区扩 展，终止于热影响区细晶区内，呈沿晶和穿晶断裂，符 合延迟裂纹的启裂及扩展特征。 第二，该联箱母材的材质为 1 2 C r l M o V G ，属低合金 耐热钢，有一定的冷裂纹敏感性，同时该联箱壁厚较 厚， 拘束度大、角焊缝焊趾处应力集中较大，具备产生 延迟裂纹的潜在条件， 如果焊前清理不到位或焊接工艺 出现偏差均有可能导致延迟裂纹的产生。 第三，焊前未对施焊区域筒身表面进行彻底清理打 磨， 导致筒身表面部分杂质和氧化物在焊接过程中进入 焊接熔池并对熔合区的塑性和韧性产生不利影响，致使 其抗裂性变差。 第四， 焊接过程 中层 间温度偏低，该部件壁厚较 厚，冷却速度较快，预热到施焊温度后由于没有采取必 要的保温措施， 在焊接过程中特别是在外排管接头 ( 此 联箱管接头装焊顺序为先中间两排，后边缘两排)盖面 层焊接时有可能出现层间温度低于预热温度的情况，从 而增加产生延迟裂纹的几率。 第五， 焊后对角焊缝的打磨不到位，对焊趾处未完 全打磨圆滑过渡，导致此处应力集中较大，增加了产生 延迟裂纹的可能性。 固 呈 1 丝 簦 ! ! 塑 垫 皇 塑 型 参 磊 工热 加 工 WWW met af wor k i ng1 9 50 C Om 。 综上所述，由于制造过程中焊前清理不彻底、层间 温度偏低及焊后角焊缝未完全打磨圆滑等原因， 最终导 致这两根联箱管座角焊缝延迟裂纹产生。 5 返修措施及质量保证 由于在发电厂工地发现联箱大范围的缺陷，为保证 机组长周期安全运行， 决定对裂纹严重的两根联箱进行 返厂处理 。 通常焊接延迟裂纹产生的三大要素是钢的淬硬性倾 向、扩散氢含量的分布及焊接接头残余应力。以上三个 要素缺少任何一个均不会产生延迟裂纹。由于此联箱在 焊接后已按标准要求进行过焊后热处理，其焊接接头的 残余应力已基本消除，因此以后不会再产生新的裂纹。 同时，通过对裂纹的金相分析，裂源位于焊趾表面处， 沿熔合线附近粗晶区，以沿晶和穿晶断裂从外向内扩 展。由此可以断定裂纹不是由内向外产生的，而且裂纹 深度大部分较浅，为 l2 ram，最深为4 5 m m。经返修 打磨后，可完全消除裂纹，不必担心内部也存在裂纹。 基于以上分析 ，我们制订了严格的返修措施 ( 包括缺陷 的清除、焊前清理、焊接过程控制及热处理前后均进行 1 0 0 M T检查)保证返修后不会再出现此类缺陷。 采取以下控制措施，避免类似问题的再次发生。 ( 1 )根据探伤标出的缺陷位置，采用机械打磨，直 至去除缺陷，并修磨出合适的斜度 ， 清理焊接区域及周 围2 0 m m内影响焊接质量的油、锈、水等。 ( 2 )加强焊工技能培训及工作责任心的培养 ， 严格 按要求对焊缝做好焊前清理及焊缝打磨工作。 ( 3 )严格按规定对焊缝进行表面检查和无损检查。 ( 4 )在联箱焊接时采取必要的保温措施，避免焊接 过