电站锅炉三通接头裂纹焊接修复工艺

电站锅炉三通接头裂纹焊接修复工艺 电站锅炉三通接头裂纹焊接修复工艺张忠文1，魏玉忠2，李新梅1，杜宝帅1(1国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南250002；2华电邹县发电有限公司，山东济宁273522)Repair welding technology ofcrack intee welded joint forpower boilerZHANG Zhongwen1,WEI Yuzhong2,LI Xinmei1,DU Baoshuai1(1.State gridshandong electric power researchinstitute,Shandong jinan,250002,China;2.Huadian ZouxianelectricpowerCo.Lid.,Shandong jining273522,China)摘要分析了某电站锅炉主汽和旁过三通焊接接头裂纹形成的原因，主要是管道热疲劳应力和三通结构应力反复作用下，焊缝金属首先发生蠕变损伤而形成裂纹。 提出了合理的裂纹焊接修复技术措施并成功地实现了修复，为该类部件缺陷修复积累了参考依据。 关键词主气管道；焊接接头；裂纹；失效分析；焊接工艺Abstract:Formation mechanismof weldjoint crackin themain steampipe andtees ofpower boilerwas analyzed.Results showthat theourrence ofcracking wasdue toweld metalcreep damageand formationin thefirst place,mainly thethermal fatiguestress andtee structurestress underthe actionof repeated.Welding repairprocedure wasproposed andcarried outsuessfully aordingto thedefects ofthe ponent.The proposedfailure analysisand repairtechnique canbe referredto forother ponentswith similardefects.Key words:main steampipe;weldedjoint;crack;failure analysis;weldingtechnology0引言由于电站锅炉运行状况变化，启停频率增加，引起三通部件频繁出现裂纹12。 某电厂机组为300MW亚临界产机组，于1986年投入运行至xx年6月累计运行约20万小时。 其主汽管道至高旁三通处焊缝出现严重的裂纹缺陷，给机组运行形成了严重的安全隐患，必须分析其形成的原因，需立即消除隐患并形成可靠地接头。 三通处的规格为24428，主汽管道材质为F12钢，高旁材质为12Cr1MoV钢。 1原因分析由于机组累计运行近20万小时，焊缝金属属铸造组织，运行时焊缝的铸造组织劣化速度较快，长时间运行后，在管道热疲劳应力和三通结构应力反复作用下，焊缝金属首先发生蠕变损伤，造成受力最大的方向产生焊缝横向裂纹，表明焊缝金属的性能已经劣化。 传统的修复方式需要更换三通，但苦于电厂没有备品，很难按照传统的方案实施，而在此基础上修复，一方面原始的焊接热影响区组织已经劣化，形成完整的焊接接头很困难；另一方面，切除焊缝后将形成很宽的坡口，焊接过程中的拘束应力很大，难以保证新焊接的焊缝不产生裂纹。 如何降低焊接应力和接头运行中的受力峰值，不使三通焊接过程中产生裂纹或运行中产生裂纹，是三通修复的又一技术难点。 2施工方案为确保三通接头性能的可靠性，必须将原焊缝完全清除并重新焊接。 由于焊缝切割后坡口尺寸增宽，焊接过程中拘束应力很大，而且材质劣化，并保留了部分焊接热影响区，为确保焊接过程中接头不再次产生裂纹，提高接头的性能，制定详细的焊接修复技术方案。 将原焊口的焊缝机械割除前将相应管道加固牢固，且不得妨碍预热、焊接和焊后内部资料，仅会议交流用热处理。 机械切割时应确保尽量清除原焊缝金属而又不使管道缩短，并能形成要求的坡口形式，见图1。 图1坡口形式Fig.1Groove type焊接采用氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面工艺。 先将焊口A、焊口B进行机械切割并开坡口、打磨（见图2），确保割除原焊缝后进行表面探伤确保无裂纹等缺陷，将焊口A、B的两端（包括三通）做好密闭气室。 图2焊口示意图Fig.2Schematic diagramof crater先组对焊口A、B，并将焊口A进行预热，预热采取分区控温。 焊口A焊接完毕后进行焊后低温保护、热处理、无损检测。 再将焊口C进行机械切割并开坡口、打磨，确保割除原焊缝后进行表面探伤确保无裂纹等缺陷。 将旁路管段水平拉出300mm，将该管段、三通做好密闭气室后，进行焊口B、C的组对焊接，参照焊口A焊接要求进行。 主汽卡块安装，主汽管段固定后，将主汽支吊架拆除。 使用磨光机将原卡块焊缝打磨，进行表面探伤确保无裂纹等缺陷。 达到预热温度后将卡块沿原固定位置进行焊接，焊接完毕后进行低保、热处理。 上述工作完毕后进行无损检测，检测合格后方可恢复支吊架，拆除固定设施。 3修复工艺3-6 （1）将原焊口的焊缝机械割除前将相应管道加固牢固，且不得妨碍预热、焊接和焊后热处理。 （2）机械切割时应确保尽量清除原焊缝金属，先将焊口进行机械切割并开坡口、打磨，确保割除原焊缝后无裂纹等缺陷，设计到F12钢，打底焊接时需要充氩保护，将焊口两端做好密闭气室。 （3）清除坡口面和坡口边缘外表面15mm-20mm范围的铁锈、油污并露出金属光泽，着色检测焊接坡口内及边缘20mm内母材不得有裂纹、夹层，重皮及毛刺等缺陷。 （4）焊接方法为氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面，每个焊口两名焊工对称施焊。 焊接过程中严格控制层间温度、电流、电压和焊接速度等工艺参数，尽可能降低焊接热输入量。 （5）焊条型号E5515-B2-V，规格2.5mm和3.2mm。 焊条应具有厂家提供的合格证明并按焊条说明书严格烘干。 （6）焊接规范为2.5mm焊条电流80A-110A，3.2mm焊条电流100A-130A；氩弧焊电压10-14V、直流正接，焊条电弧焊电压23V-25V。 （7）预热采取分区控温三通预热温度氩弧焊打底时为150-200，手工电弧焊时为200-300；旁路管段预热温度氩弧焊打底时为250-300，手工电弧焊时为300-350。 使用远红外温度仪监测温度。 （8）焊件组对时应做到内壁齐平，如有错口，其错口值应不超过壁厚的10%且不大于1mm。 焊口局部间隙过大时，应采用堆焊等方法修整到规定尺寸，对口间隙24mm。 严禁在间隙内加填塞物，严禁在被焊工件表面引燃电弧、试验电流或随意焊接临时支撑物。 （9）焊口点固使用钨极氩弧焊工艺，点固焊点的长度为10mm20mm。 打底过程中要注意检查，保证打底无内凹、未熔合、裂纹、夹钨、焊瘤等缺陷。 严禁在被焊工件表面引燃电弧、试验电流或随意焊接临时支撑物。 （10）焊口点固完毕后进行氩弧焊打底，打底过程中注意相互检查，保证打底无内凹、未熔合、裂纹、焊瘤等缺陷。 （11）手工电弧焊填料、盖面时，要注意焊条角度，焊接电流等参数符合要求，注意接头打磨。 焊工要认真观察熔化状态，注意熔池和收尾接头质量，收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹；焊缝整体焊接完毕，应将焊缝表面焊渣、飞溅清理干净，发现表面缺陷及时进行打磨和修补并通知焊接质检员。 （12）采用多层多道焊接，每层、每道焊缝焊接完毕后，用砂轮机或钢丝刷将焊渣、飞溅等杂物清理干净，经自检合格后，方可焊接次层。 图3焊道排列示意图Fig.3Schematic diagramof beadarrangement （13）施焊过程除工艺和检验上要求分次焊接外，应连续完成。 若被迫中断时，应采取防止裂纹产生的措施（如后热、缓冷、保温等）。 再次焊接时，应仔细检查并确认无裂纹后，方可按照工艺要求继续施焊。 （14）焊缝与母材应圆滑过渡，焊接接头应齐整，无弧坑。 三通与管道应缓慢过渡。 （15）焊口焊完后应进行清理，焊工进行100%的自检，发现表面缺陷及时打磨、补焊。 （16）焊缝外观质量标准应符合DL/T869-xx3中的要求。 （17）焊后采用电阻加热方法立即将焊接接头进行高温回火处理5，热处理曲线如图4，300以下升降温速度可不控制。 图4焊后热处理规范示意图Fig.4Schematic diagramof heattreatment specificationafter welding4结语 （1）由于机组的长期高温运行，主汽和高旁三通接头焊缝的性能严重劣化，运行过程中热疲劳导致焊缝金属首先产生蠕变而形成了裂纹。 （2）提出合理的焊接修复工艺并成功实现了部件修复，形成了可靠的焊接接头，消除了机组运行的安全隐患，其方法为其它机组的三通提供了新的思路，具有极高的推广价值，在没有备品的情况下确保了机组的稳定运行和电厂按期正常发电。 参考文献1李晓东，翟军.600MW锅炉末级过热器进口集箱三通与连通管对接焊缝裂纹分析与治理j.装备制造，xx （9）160-164.2郑相锋，冯砚厅，李文彬等.300MW电站锅炉高温过热器集箱出口三通焊接修复J.焊接技术，xx，40 （7）54-56.3电力行业电站焊接标准化技术委员会.DL/T869-xx，火力发电厂焊接技术规程S.北京中国电力出版社，xx.4电力行业电站焊接标准化技术委员会.DL/T752-xx，火力发电厂异种钢焊接技术规程S.北京中国电力出版社，xx.5电力行业电站焊接标准化技术委员会.DL/T819-xx，火力发电厂焊接热处理技术规程S.北京中国电力出