循环流化床锅炉屏式再热器鳍片焊接裂纹分析及处理.docx

循环流化床锅炉屏式再热器鳍片焊接裂纹分析及处理邓金健 , 陈集农 , 聂继飞(湖南省火电建设公司 , 湖南 株洲 412000 )摘要 : 循环流化床锅炉屏式再热器采用膜式结构 , 安装施工时 , 现场对鳍片进行拼缝焊接 , 焊后在鳍片分段处出现了不同程度的横向裂纹 ,并导致水压试验时发生了泄漏 。 通过对裂纹产生原因进行分析 ,并采取新的焊接工艺方案 ,对缺陷进行了处理 ,取得明显效果 。关键词 : 鳍片 ; 屏式再热器 ; 焊接 ; 裂纹 ; 热处理中图分类号 : tk223文献标识码 : b文章编号 : 1008 20198 ( 2009 ) 06 20050 203ca u se ana ly s is of we ld in g cra ck on c fb p la ten rehea terf in s an d trea tm en td en g j in2jian, ch en j i2nong, n i e j i2fe i( h unan p rovinc ia l the rm a l powe r con struc tion comp any, zhuzhou 412000, ch ina)a b stra c t: cfb bo ile r p la ten r ehea te r adop ted m em b rane struc tu re and fin s we re bu tt we lded on con struc tion fie ld. a fte r we ld2 ing va riou s ho rizon ta l c rack s were found on fin jo in ts and leakage was occu rred in hyd ro sta tic te st. the cau se of c rack s wa s ana2 lyzed and new we ld ing p roce ssed we re adop ted. a fte r defec t be ing trea ted, the p e rfo rm ance wa s exce llen t.key word s: p la ten rehea te r; fin; we ld ing; c rack; hea t trea tm en t片拼缝相邻的管子又出现多处泄漏 。1 概述2鳍片裂纹原因分析通过对再热器管屏及鳍片拼缝完成后的质量检某 300 mw 发电厂扩建工程循环流化床锅炉屏式再热器 共 6 片 , 为 膜 式结 构 。屏 再管 子 规格 为 76 mm 6 mm , 材 质 为 sa - 213 t91; 管 屏 自 带鳍 片 规 格 为 6 mm 6. 5 mm , 材 质 为 sa -387 gr91cl2 , 化学成分同 sa - 213 t91 , 鳍片每隔 约 350 mm 存在一个分段口 。由于整片管屏面积较大 , 供货时采取分段供货 , 因此每片管屏组合时需 要焊接约 10 m 长的单条鳍片拼缝 。现场安装焊口 处填 充 鳍 片 规 格 为 6 mm 13 mm , 材 质 为 sa -387 gr91cl2。施工方使用 t91 焊材 、采用手工电弧焊焊接工艺对现场鳍片进行拼缝焊接 , 焊后热处 理工艺 为 760 , 保 温 60 m in, 升 、降 温 速 度 为150 / h。热处理完成后在鳍片分段处焊缝发现了不同程度的横向裂纹 , 立即对裂纹进行了清除补焊 处理 。随后对锅炉再热系统进行水压试验时 , 与鳍图 1 鳍片裂纹收稿日期 : 2009 206 201改回日期 : 2009 206 226第 29卷 /2009 年第 6期湖南电力经验与探讨查 , 发现横向裂纹 , 位置大多处于主拼缝鳍片分段处 (见图 1 ) , 且裂纹产生的时机在热处理完成之 后 。裂纹处理完成后 , 进行水压试验时发生的泄漏 点也全部位于主拼缝两侧的管子上 。对水压泄漏点 进行射线探伤 , 发现管子上的裂纹均为横向裂纹 ,起裂点大部分也是在主拼缝鳍片分段处 , 即水压试 验前发现并处理裂纹的部位 。2. 1 该鳍片为 sa - 387 gr91cl2 材质 , 此种材料 焊缝淬硬和冷裂倾向很大 , 易形成脆硬 、粗大的马 氏体组织 。同时 , 由于焊接过程具有加热不均匀和 温度高的特点 , 导致鳍片焊接接头内部应力很大 ,很容易在应力集中区和淬硬区产生裂纹 , 而且该材 质在焊接收弧时 , 由于弧坑熔池冷却速度较快 , 易 产生弧坑裂纹 。这些裂纹在外在应力 (如热应力 、 水压试验等 ) 的作用下 , 极 易扩 展 和延 伸 。由 于 现场拼缝所用鳍片每段长度约 350 mm , 焊接过程中鳍片分段处未能全部焊透 , 使得分段处成为受力处理时产生的热应力也会导致裂纹的扩展 。热处理加热板布置示意图见图 3。图 3 热处理加热板布置示意图2. 3 虽然施工过程中对发现的鳍片裂纹进行了清除补焊 , 但未经射线检验 , 可能存在裂纹处理不彻 底的情况 , 因此在再热系统水压试验时 , 加压过程 中使残存裂纹扩展而导致泄漏 。3 缺陷的处理和鳍片焊接工艺由于泄漏点较多 , 因此对屏再现场鳍片拼缝处 的两侧管子进行更换 , 要求厂家所供管子自带鳍片 为连续整体 , 鳍片分段处应全焊透 。现场重新制订 焊接工艺进行鳍片拼缝焊接 , 施工前模拟现场进行 了 6 组 焊 接 工 艺 试 验 , 焊 材 分 别 采 用 : incone l182 , ern ic r - 3 , a132 , a207 , a307 , ch romo9 v, 焊后均不进行热处理 , 根据试验结果最终确定采用 镍基焊材焊接 , 焊前预热 、焊后不进行热处理的焊 接工艺 。3. 1 被换管子与鳍片的切割及工艺要求由于管子和鳍片为高合金马氏体耐热钢 , 因此 现场对所换管子只能利用砂轮切割机进行切割 。鳍 片切割前 , 先将所换管每根管子切断为 4 等分以释 放应力 , 切割过程中应避免伤及周围管子 。管子切割尽量靠近换管侧 , 沿着厂家鳍片角焊缝切割 , 并 预留好打磨余量 。3. 2 主拼缝区的焊接工艺主拼缝区为 6 mm 6. 5 mm 的鳍片对接 , 材质 为 sa - 387 gr91cl2。由于焊缝较长 , 在焊接过程应严格按照以下要求进行施工 :3. 2. 1 焊接 材 料 : 鳍 片间 的拼 缝 采用 镍基 焊 条 , 牌号为 incone l 182 , 规格 2. 5 mm。焊条使用前进 行烘焙 , 现场使用保温筒进行保温 。3. 2. 2 焊 接 前 应 将 焊 缝 区 两 侧 15 mm 区 域 内 油漆 、锈物 、氧化膜及水清理干净 , 利用氧乙炔火焰51薄弱区和应力集中区 , 在外应力的作用下 ,致裂纹的产生 , 见图 2。容易导图 2 鳍片分段处示意图2. 2 由于施工现场热处理条件限制 , 鳍片焊后热处理很难实现均匀加热 。现场采用陶瓷电阻加热板 加热时 , 加热板覆盖在管子表面 , 控温热电偶布置在从鳍片引出的螺栓上 , 位于管子和鳍片之间 。这 样 , 与加热板直接接触的管子温度高 , 而鳍片的热 量来自管子的热传导 , 因此鳍片温度低 , 管子和鳍 片存在温差 , 导致膨胀不均 , 从而使得鳍片承受纵 向拉应力 ; 同时在高温热处理温度下 , 母材强度以及鳍片焊缝强度将显著降低 。当这种拉应力超过拼 缝焊缝的抗拉强度时 , 在鳍片受力薄弱区和应力集 中区就会产生横向裂纹 。因此现场焊接完毕后虽然 没有发现可视裂纹 , 但在热处理完毕 、拆开加热板 后发现鳍片分段处产生横向裂纹是很有可能的 。而对于焊缝中原本存在的裂纹源 (如弧坑裂纹 ) , 热经验与探讨湖南电力第 29卷 /2009年第 6 期烤干后方可作业 。3. 2. 3 采取火焰预热 ,焊缝 。焊接时每隔 50 mm 焊接 50 mm , 并且正反面焊缝错开 , 冷却后再预热将鳍片正反面未焊处焊接 完毕 , 首尾相连 , 达到密封效果 。焊后不进行热处 理 。焊接时应注意起弧和收尾接头的质量 , 以避免 产生弧坑裂纹 。3. 3. 4 焊接完毕后对鳍片接头处做 100 %的射线 探伤 , 其它焊缝做 100 %的渗透探伤 。3. 4 实际效果检验屏式再热器换管后对鳍片重新焊接 , 鳍片焊缝 经过射线检验和渗透检验合格 , 并进行超压试验 , 未发现泄漏点 。预热温度为 100 150 ,采用远红外测温枪实时监控 。火焰尽量对着鳍片 ,受热要均匀 , 防止局部过烧 。3. 2. 4 为了防止焊接过程中应力过大 , 减小焊接 对管子的影响 。主缝拼接焊缝不采用满焊连接 , 而采取每焊接 500 mm 间隔 500 mm 的断续焊 , 并且正反面焊缝错开 , 首尾相连并有叠加区域 (长 度 定为 10 mm ) , 达到密封效果 。3. 2. 5 施焊过程中采用分区分段退焊原则 ,焊接过程中的热量不集中 。确保3. 2. 6 施工 过程 中 , 应 注 意采 用小 电 流快 速焊 ,尽量减少焊缝的热输入并保证熔合良好 。同时施焊 过程中焊缝须有一定的厚度 , 确保焊缝的强度大于 施焊过程中产生的拘束应力 。3. 2. 7 注意熔池和收尾接头的质量 , 以避免产生弧坑裂纹 。焊接收弧时应将电弧压低 , 稍作停顿填 满弧坑 , 尽可能减小熔池 。如操作不慎 , 造成收弧 熔池过大 , 必须采用砂轮机修磨干净 , 方可继续焊 接 。3. 2. 8 焊接完毕 , 应将焊缝表面氧化层清理干净 ,严格执行焊后自检制度 。有表面缺陷的应该及时处 理 。若伤及母材应及时挖补补焊 , 补焊结束后对焊 缝做 100 %的渗透检验 。3. 2. 9 鳍片间的拼缝采用 100 %的渗透检验 。3. 3 焊口区域的填充鳍片焊接工艺4 结束语4. 1 屏 式 再 热 器 鳍 片 采 用 sa - 387 gr91cl2 材 质 , 为马氏体耐热钢 。由于鳍片材质合金含量高 , 很容易在应力集中区和淬硬区产生冷裂纹 。管子自 带鳍片为分段结构 , 鳍片分段处未全焊透 , 存在横 向应力集中源 , 在焊接或热处理过程中 , 热应力造 成的裂纹萌芽与扩展 , 是泄漏的主要原因 。4. 2 现场采用陶瓷加热板对对长焊缝进行热处理 ,由于条件限制 , 无法达到厂内整体热处理的效果 ,反而由于温差形成附加热应力 , 导致了裂纹扩展 。4. 3 管子自带鳍片应采用连续整体 , 鳍片分段处 应完全焊透 。现场施工采用延展性和抗裂性良好的 镍基焊材 进 行 sa - 387 gr91cl2 鳍 片 的 焊 接 , 并 免除焊后热处理 , 能够有效防止裂纹产生和扩展 。设备厂 家为 了 便于 现场 焊 口 的 焊 接 ,100 mm 范围内的管子是不带鳍片的光管 ,离 焊 口焊口焊参考文献接完成后 , 再焊 接填 充 鳍片 。填充 的鳍 片 规格 为6 mm 13 mm , 材质为 sa - 387 gr91cl2。3. 3. 1焊 接 材 料 采 用 镍 基 焊 丝( ern ic r - 32. 4 mm ) ,焊接方法为钨极氩弧焊 , 预热温度为 100150 。1 dl / t869 - 200