某電廠高溫再熱器入口集箱筒身環(huán)縫裂紋分析及處理

1、某電廠高溫再熱器入口集箱筒身環(huán)縫裂紋分析及處理針對某電廠投運鍋爐機組高溫再熱器入口集箱筒身裂紋，對裂紋宏觀形貌進行了觀察,對裂紋區(qū)域焊縫和母材的金相、硬度進行了檢測，以及對集箱制造過程進行了研究。以最小程度破壞集箱的方式,分析了集箱筒身環(huán)縫橫向裂紋的產(chǎn)生原因,并提出了裂紋處理方案。結果表明,制造過程中集箱筒身表面劃傷,補焊操作不當導致冷裂紋產(chǎn)生,并在鍋爐運行中擴展,形成宏觀裂紋。關鍵詞:鍋爐；集箱；裂紋；補焊中圖分類號:TG441.7Abstract:Basedonthemacroscopicmorphologyofthecrackszthemetallographicandhardnessi

2、nspectionoftheweldsandthebasemetalinthenearbyareaofcrackszandthemanufacturingprocessoftheheaderswerestudied.Thecausesofthetransversecracksintheannularweldsoftheheaderswereanalyzedzintheformofminimaldestructionoftheheader.Theresultsshowedthatthesurfaceoftheheadercylinderwasscratchedduringthemanufactu

3、ringprocesszandtheimproperrepairweldingoperationledtothecoldcracksfanditwaspropagatedintheboilerworkingtoformthemacroscopiccracks?Keywords:boiler;header;crack;repairwelding0前言電站鍋爐作為重要的承壓特種設備，其承壓結構的連接一般通過焊接的形式來實現(xiàn)，焊接接頭的性能和質量是保證鍋爐機組長期穩(wěn)定運行的關鍵1-3。對于已缺陷萌投運鍋爐機組需對其進行監(jiān)督，拿握金屬構件在服役過程中的組織、性能及生情況，發(fā)現(xiàn)并評估鍋爐存在的問題與風險

4、，分析問題產(chǎn)生的原因，使之在失效前得到及時有效的修復或更換4。對于焊接缺陷的分析通常需要在焊接接頭位置進行取樣檢測5-6，然而，對于集箱筒身、鍋筒等厚壁復雜結構取樣會對部件產(chǎn)生較大損傷，因此在進行此類結構缺陷分析時應兼顧修復難度，最小化對原始結構的破壞。1鍋爐機組簡介莫電廠1000MW機組已投運近5年時間,其鍋爐為超超臨界變壓宜流鍋爐，采用n型布置、單爐膛、反向雙切圓燃燒方式。再熱器入口蒸汽壓力為5.11MPa.蒸汽溫度為353Co高溫再熱器入口集箱筒身材料為SA-335P22t口徑鋼管，宜徑為711mm，壁厚為72mm，其化學成分見表1。圖1為缺陷位置集箱結構簡圖,僅示出了管孔位置和管接頭中

5、心線。圖1高溫再熱器入口集箱表1SA-335P22鋼管化學成分（質量分數(shù)，）CMnPSSiCrMo0.120.450.090.050.272.380.982裂紋概況在電廠對鍋爐進行檢修期間，在高溫再熱器入口集箱（右側）的第4條筒身拼接環(huán)縫圓周方向上，MT檢測發(fā)現(xiàn)11條橫向裂紋（裂紋垂宜于焊道方向），裂紋分布無明顯規(guī)律，裂紋長度為3855mm,通過UT測M裂紋深度為3050mm,圖2所示為部分裂紋位置及表面形貌,將裂紋編號111號。左、右2個高溫再熱器入口集箱，共12條拼接環(huán)縫，其余11條悍縫未發(fā)現(xiàn)類似裂紋。1號裂紋表面形貌(I) 2號裂紋表面形貌圖2裂紋外觀形貌3金相檢驗對2號裂紋區(qū)域筒體表面

6、進行打磨拋光，并用硝酸酒精腐蝕，發(fā)現(xiàn)該環(huán)縫位置焊縫總寬度達130mm，且焊縫寬度方向不連續(xù)，如圖3所示，其中B,D,F區(qū)域為焊因鍋爐機組為檢修縫,A,C,E,G區(qū)域為原始母材。對1號裂紋檢查也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。狀態(tài)，不宜對集箱過度破壞，為確認焊縫的組織形貌，在垂宜于焊道方向將焊縫用砂輪打磨剖開一個凹槽，凹槽深度約10mm,然后對凹槽斷面進行打磨并用硝酸酒精腐蝕，以觀察焊縫及母材輪廓。發(fā)現(xiàn)B區(qū)焊縫寬度、形貌與圖紙拼接環(huán)縫坡口尺寸相符,為正常拼接焊縫，但其表面57mm深度范圍內焊縫寬度異常，比理論坡口邊緣寬出1015mmoD區(qū)和F區(qū)焊縫深度分別為6mm和7mm，如圖4所示，其焊縫僅存在于筒體近表面區(qū)域

7、內，為母材表面局吾際卜焊，并非筒體拼接焊縫。對AG各區(qū)進行表面貼膜金相檢測,結果如圖5所示，母材組織為貝氏體+鐵素體（圖5a）、焊縫組織為貝氏體（圖5b和5c）,焊縫與母材的組織均無異常，為正常的焊縫和母材組織。2號裂紋位于B區(qū)，即拼接焊縫位置，圖5d為2號裂紋形貌。圖32號裂紋附件筒體表面形貌4硬度檢測對2號裂紋位置各區(qū)域進行了硬度檢測，每個區(qū)域測M3點取平均值,其結果如圖6所示。B,D,F區(qū)為焊縫硬度，具硬度平均值分別為189HB,190H序口192HB,三個焊縫區(qū)域硬度值較一致。各區(qū)域母材硬度檢測平均值在158-163HB范圍內。焊縫、母材硬度的檢測值均在合理范圍內，均為消應力熱處理后的

8、合格硬度值。5原因分析及處理由于鍋爐機組檢修期有限,且不宜過多破壞集箱本體,僅進行了無損檢測、表面金相和表面硬度檢測，然而裂紋附近區(qū)域焊縫和母材的組織、硬度檢測結果均未發(fā)現(xiàn)異常,據(jù)此無法判斷導致裂紋產(chǎn)生的原因。根據(jù)裂紋區(qū)域焊縫超寬的情況,對高溫再熱器集箱制造過程進行分析,發(fā)現(xiàn)制造廠在集箱管接頭裝配、焊接時，需將集箱筒身放置在V形支架上,在轉動過程中集箱筒身表面會與V形支架產(chǎn)生滑動摩擦，通常情況下這種摩擦不會對筒身表面造成損傷，但如果V形支架上存在焊接飛濺、異物等便會導致筒身表面劃傷。因此，根據(jù)該環(huán)縫表面寬度和D,F區(qū)域焊縫深度推斷，環(huán)縫位置表面在集箱管接頭裝焊過程中被V形支架劃傷，劃痕寬度約為

9、130mm（不連續(xù)）、深度范圍為57mm（圖7）,制造廠對筒身表面劃傷區(qū)域進行了補焊，且補焊是在集箱整體消應力熱處理前進行的，從焊縫表面硬度檢測結果可證實。綜上分析j亥焊縫位置裂紋的產(chǎn)生與集箱筒身劃痕補焊有直接關系。SA-335P22的碳當量約為0.87%,有很強的冷裂紋敏感性,補焊過程中實際工件溫度未能達到焊接工藝要求的最小預熱溫度，焊后未進行有效的消氫處理，導致補焊悍縫表面產(chǎn)生冷裂紋，且裂紋的產(chǎn)生會有一定的延遲性。這些冷裂紋尺寸相封較小，僅存在于集箱筒身表面補焊焊縫中。而補焊時集箱管接頭已裝焊完成,不利于補焊操作及焊后無損檢測，以至于高溫再熱器入口集箱安裝投運也未發(fā)現(xiàn)該問題。在鍋爐機組運行過程中,受熱應力的作用裂紋由焊縫表面逐漸長大并擴展,直至形成宏觀表象,在檢修時被發(fā)現(xiàn)。針對該電廠高溫再熱器入口集箱環(huán)縫裂紋問題,在檢修期間對11條裂紋進行返修處理,清除裂紋、補焊及焊后消應力熱處理，作為臨時解決方案,同時建議在下次檢修期對該段存在補焊的集箱筒體進行局部更換作為最終解決方案，以保證該1000MW超超臨界鍋爐機組的長期穩(wěn)定運行。6結論通過對裂紋宏觀形貌觀察,裂紋區(qū)域焊縫和母材的金相、硬度檢測，以