电站锅炉焊缝裂纹的检验分析.doc

电站锅炉焊缝裂纹的检验分析 摘要：电站锅炉在运行当中，由于多种因素的影响会导致各种各样缺陷的产生，既有有关承压部件的，也有有关水汽质量的，针对汽包焊缝裂纹典型案例做好深入的分析，将有利于雷同缺陷及时、妥善处理。在役电站锅炉实际检验过程中，经常会遇到各种各样的实际检验问题，但归结起来主要有几类比较典型的情况。下面选取定期检验过程中发现及处理过的汽包焊缝裂纹案例，深入探讨了典型承压部件损坏的部位、损坏的原因、修理的具体方案等，对这类典型问题的深入研究，有助于雷同问题的及时、快速、正确处理，确保被检锅炉按期、安全的投入运行。本文通过分析一台中压电站锅炉锅筒内壁纵焊缝裂纹产生的原因,制订了裂纹消除工艺并对锅筒内壁纵焊缝裂纹进行了修复,同时提出了裂纹预防措施。 Power station boiler in operation,due to the influence of various factors can cause various defects,both related to bearing components,There is also related to water quality,the drum weld crack case do thorough Analysis,will be helpful for similar defects timely,appropriate processing.Boilers in service actual testing process,often encounter a variety of practical problems of testing,but mainly divides into several typical cases.The following selected regularly found during inspection and processed drum seam welding crack cases,discusses the typical pressure bearing parts damage,damage causes,repair the concrete schemeOf the typical problems,in-depth study,contribute to similar problems timely,rapid,correct processing,ensure boiler,seized on schedule safe operation.In this paper,through the analysis of medium pressure boiler drum wall longitudinal weld cracks reasons,formulate crack elimination technology of drum wall and the longitudinal weld seam crack was repaired,and puts forward the prevention measures of the crack. 关键词：电站锅炉 焊缝裂纹 检查分析 Power station boiler Weld crack Check analysis目 录封 面1.论文题目2.论文摘要2.关 键 词2. 正 文4.参考文献7.锅炉检验中经常发现锅筒内部预埋件焊缝、汽水挡板焊缝存在裂纹，有时也发现下降管、给水套管、安全阀管座等焊缝存在裂纹，偶尔还发现锅筒对接焊缝存在裂纹。 该厂锅炉系1997年制造、安装，1998年投入使用，2007年8月停炉检验时，经磁粉和超声检测发现，汽包第2道环焊缝上部外侧坡口热影响区有一条明显的腐蚀氧化裂纹，裂纹长450mm、宽0.02mm，最深处达20-25dB，最浅处3dB，在第2条环焊缝上部内侧存在熔合线表面裂纹缺陷6处；其它焊缝也存在多处表面和埋藏缺陷，但未超标。分析表明：从开裂的第2条环焊缝，焊缝外观很不规则，焊缝比母材高出许多，形成了一个突变的台阶，在焊缝的融合线附近存在较多表面缺陷;这样，在锅炉频繁的启停中，汽包受到周期性的加热、冷却，在交变应力的作用下导致开裂，继而发展。鉴于上述情况，采用了两种方案：（1）对于未超标的埋藏缺陷作重点记录，以便日后检验中作重点检查；如发现缺陷发展、开裂，立即处理。（2）对开裂的缺陷，制定补焊工艺措施，对裂纹进行挖补修复。原因分析一：1.根据裂纹形貌和显微金相分析结果，判断裂纹有待性脆化引起。（1）锅水一定含有某些物质，特别是氢氧化物，当其被浓缩的同时，又与有应力的钢材接触，会产生晶间裂纹。（2）一定有锅水流入或穿过的接头、接缝或裂纹。（3）在这些接头、接缝或裂纹中，锅水被浓缩。（4）钢材上接触化学物质的地方，必须有局部总应力。2.从运行情况和制造工艺分析，该炉具备待性脆化条件：（1）煮炉除垢加药量严重超标，炉水碱度极高，在高碱度下运行时间过长，形成待性脆化环境，使炉水中氢氧化浓度在10%以上。（2）管板与烟管间采用角焊缝连接，该炉制造焊接前后未进行胀接，管板与烟管间存在缝隙，锅水进入缝隙，特别是高温烟气入口，炉水在此高度浓缩。（3）受热面结垢严重，水垢传热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给锅水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力，形成待性脆化的第四个条件。原因分析二：后管板高温区热负荷较高，易在管板与水接触面产生一层气膜，该处由于水流速低，不能将气膜及时带走，使气膜下的金属得不到冷却，导致金相组织球化，金属产生热疲劳，加速了裂纹扩展。（1）后管板近管区域水循环不良，导致近管外产生“过冷沸腾”，易产生热裂纹。（2）管板上的管孔与管子间存在间隙，处于高温区的部分管子，焊前焊后不进行胀管，在锅炉运行后，间隙中的炉水受热蒸发形成两个近圆环，使管板产生疲劳裂纹。（3）管板与管子连接处采用焊接，2、3回程在后管板温差500700，受拉应力、弯应力、温差应力叠加，热水锅炉频繁起停，使管板与管子角焊缝局部产生裂纹。（4）后管板高温区的热负荷最高，由于“进口效益”和管端冷却不良，使管端过热产生裂纹并延伸至管板。（5）烟管伸出管板较长，冷却不良，管端产生过热裂纹并延伸至管板。（6）水质不合格，后管板管区水侧结垢，导致管板过热产生裂纹。原因分析三：锅炉运行多年，当管板出现裂纹时，管板金属组织发生变化，材料机械性能下降，对开裂20g管板进行化学成分和金相分析发现：管板化学成分符合20g钢板国家标装运标准要求。因此，管板一旦出现裂纹，局部机械性能下降。原因分析四：产生裂纹是由炉型结构所致，该炉热力计算推荐值为上升管的流速在炉膛内0.80M/S，对流段0.50M/S，下降管的流速在炉膛内1.40M/S，对流段1.00M/S，锅筒内壁流速低于0.01M/S，锅筒内的水流速相当低，不能带走热量，造成锅筒内形成循环死区，壁温升高，材料抗拉强度值大幅度下降，金属产生热疲劳裂纹。 一、缺陷挖补前的各项工作检查（1）汽包母材化学成分（%）:C-0.20，Si-0.46，Mn-1.15，P-0.008，S-0.0180（2）汽包焊缝化学成分（%）:C-0.66，Si-0.60，Mn-1.50，P-0.022，S-0.0130，化学成分分析结果符合J507焊条成分要求。 （3）金相检查：焊缝：铁素体+珠光体，珠光体呈带状分布，带状组织2-3级，晶粒度6级。熔合线：铁素体+珠光体，珠光体呈网状分布，熔合线两侧有脱碳。热影响区：铁素体+珠光体，组织欠均匀，晶粒度5-6级。母材：铁素体+珠光体，组织尚均匀，晶粒度67级。以上所检查的组织皆属正常。 （4）硬度测试：母材：HB125。热影响区：HB115。焊缝区：HB125。以上所测的硬度值均符合要求。计算结果证明，19Mn5钢无再热裂纹倾向。 （5）19Mn5钢产生冷裂纹倾向和焊接热影响区淬硬倾向计算表明，汽包材料基本无冷裂倾向。 二、缺陷挖除（一）开槽挖除工作所用的设备和材料500A直流电焊机1台；0.75m3空压机1台；碳棒直径6.00mm、8.00mm，100根。（二）缺陷开槽挖除方法及技术要求由于19Mn5钢的塑性较好，开槽挖除裂纹前不必钻孔止裂。开槽方法：电弧气刨后，砂轮磨光。为了减少电弧气刨的激热影响，应将温度预热到200以上再进行开槽，在挖掉缺陷的同时，应尽可能使槽开得规整、光滑，并尽量减少开槽的体积。 三、缺陷挖除后的补焊工艺（一）焊条材料选择低氢型J507焊条。打底用中3.20mm的焊条，其余用4mm的焊条。 （二）施焊工艺：焊条在350烘烤2小时，烘烤的焊条放入保温箱内，随时使用。补焊过程中，始终保持预热温度，最低温度150，施焊中采取多层多道焊。先沿U形坡口焊三层，使坡口宽度变窄，以减少收缩变形引起的应力，然后由下至上多层多道焊。每道焊缝用分段焊法，分段时填空焊的焊接方向应与原分段焊的方向相反。各焊道分段应错开，可减少焊接应力的过大累积。打底焊采用中3.20mm焊条，焊道宽度控制在6-8mm左右，熔深控制在2-3mm之内。为减少收弧次数，每根焊条一次焊完。焊完一道，必须清渣进行检查，确认无缺陷时继续施焊。 四、焊后热处理焊后热处理采用局部整段内加热法，使用框架式电阻加热器，总容量108kvA，9路输出，每路12kVA，输入电压220V，自动控温表2块，温度记录仪1台，热电偶17支，使用HM130035588mm框架型加热块6块，平稳地置于汽包上半周，加热块与电源连接引出线用10mm圆钢，套上12mm的瓷管，然后与镶套铜电缆连接，铜电缆接到控温设备上。为了减少热量损失，在加热带的两端设计两块堵板，堵板用3mm厚的钢板制成1600mm的圆板，将圆板分割4块在汽包内组装;在圆板每300mm400mm的面积上焊中6170mm的钢丝若干根，以固定保温材料；保温材料选用硅酸铝耐热材料。电源连接线和热电偶连接均从圆板的孔通过。五、热处理后的各项工作检查（一）表面检测：对补焊区内、外壁做磁粉检测，未发现任何缺陷。（2） 超声波检验：用超声波对内外壁进行检验未发现超标和可记录缺陷。（三）金相检验：焊缝、熔合线、热影响区、母材等金相组织属正常范围之内。（四）硬度检验：焊缝HB130，热影响区HB120，母材HB120。（五）热位移、挠度、椭圆度测量：热处理升温到600，甲侧向西位移5mm，乙侧向东位移7mm；热处理完，汽包温度降到室温，甲乙侧位移恢复到补焊前。挠度：热处理后，甲侧0，中部0.02，乙侧0.02，正常。椭圆度a：原始值=0.22%；焊后值=0.25%；热处理后值=0.25%。补焊后椭圆度变化不大，在允许值范围内。（六）残余应力测试：通过实测熔合线处残余应力为190MPa，偏离焊缝的近缝区应力为170MPa，焊缝平均最大应力为180MPa其残余应力水平与原始态相符，说明补焊工艺、热处理工艺、补焊质量都符合要求。六、裂纹修复后的结论分析汽包裂纹挖补修复后，各项技术指标均符合规定要求：（1）补焊焊缝质量达到JBI152-81标准的I级焊缝要求。（2）硬度最高为HB130，远远小于线材硬度+100的规定，残余应力最大为190MPa，大大小于245MPa规定，金相组织也没有变化，由所有这些检查结果推知，补焊焊缝具有良好的综合机械性能，没有产生任何永久变形。（3）该汽包裂纹挖补修复后运行至今已近一年，在今年5月停炉检修时再次对裂纹剔除的补焊部位进行了磁粉和超声检测，同时对有记录缺陷部位进行了跟踪检查，均未有异常情况出现。