某電廠(chǎng)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(chǎng)高溫再熱器入口集箱筒身環(huán)縫裂紋分析及處理針對(duì)某電廠(chǎng)投運(yùn)鍋爐機(jī)組高溫再熱器入口集箱筒身裂紋，對(duì)裂紋宏觀形貌進(jìn)行了觀察,對(duì)裂紋區(qū)域焊縫和母材的金相、硬度進(jìn)行了檢測(cè)，以及對(duì)集箱制造過(guò)程進(jìn)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(jié)果表明,制造過(guò)程中集箱筒身表面劃傷,補(bǔ)焊操作不當(dāng)導(dǎo)致冷裂紋產(chǎn)生,并在鍋爐運(yùn)行中擴(kuò)展,形成宏觀裂紋。關(guān)鍵詞:鍋爐；集箱；裂紋；補(bǔ)焊中圖分類(lèi)號(hào):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(shè)備，其承壓結(jié)構(gòu)的連接一般通過(guò)焊接的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，焊接接頭的性能和質(zhì)量是保證鍋爐機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵1-3。對(duì)于已缺陷萌投運(yùn)鍋爐機(jī)組需對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督，拿握金屬構(gòu)件在服役過(guò)程中的組織、性能及生情況，發(fā)現(xiàn)并評(píng)估鍋爐存在的問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)

4、，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，使之在失效前得到及時(shí)有效的修復(fù)或更換4。對(duì)于焊接缺陷的分析通常需要在焊接接頭位置進(jìn)行取樣檢測(cè)5-6，然而，對(duì)于集箱筒身、鍋筒等厚壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)取樣會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生較大損傷，因此在進(jìn)行此類(lèi)結(jié)構(gòu)缺陷分析時(shí)應(yīng)兼顧修復(fù)難度，最小化對(duì)原始結(jié)構(gòu)的破壞。1鍋爐機(jī)組簡(jiǎn)介莫電廠(chǎng)1000MW機(jī)組已投運(yùn)近5年時(shí)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(xué)成分見(jiàn)表1。圖1為缺陷位置集箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,僅示出了管孔位置和管接頭中

5、心線(xiàn)。圖1高溫再熱器入口集箱表1SA-335P22鋼管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，）CMnPSSiCrMo0.120.450.090.050.272.380.982裂紋概況在電廠(chǎng)對(duì)鍋爐進(jìn)行檢修期間，在高溫再熱器入口集箱（右側(cè)）的第4條筒身拼接環(huán)縫圓周方向上，MT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)11條橫向裂紋（裂紋垂宜于焊道方向），裂紋分布無(wú)明顯規(guī)律，裂紋長(zhǎng)度為3855mm,通過(guò)UT測(cè)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(hào)111號(hào)。左、右2個(gè)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(lèi)似裂紋。1號(hào)裂紋表面形貌(I) 2號(hào)裂紋表面形貌圖2裂紋外觀形貌3金相檢驗(yàn)對(duì)2號(hào)裂紋區(qū)域筒體表面

6、進(jìn)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(dá)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?yàn)楹敢蝈仩t機(jī)組為檢修縫,A,C,E,G區(qū)域?yàn)樵寄覆?。?duì)1號(hào)裂紋檢查也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象。狀態(tài)，不宜對(duì)集箱過(guò)度破壞，為確認(rèn)焊縫的組織形貌，在垂宜于焊道方向?qū)⒑缚p用砂輪打磨剖開(kāi)一個(gè)凹槽，凹槽深度約10mm,然后對(duì)凹槽斷面進(jìn)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(nèi)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(nèi)，為母材表面局吾際卜焊，并非筒體拼接焊縫。對(duì)AG各區(qū)進(jìn)行表面貼膜金相檢測(cè),結(jié)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(wú)異常，為正常的焊縫和母材組織。2號(hào)裂紋位于B區(qū)，即拼接焊縫位置，圖5d為2號(hào)裂紋形貌。圖32號(hào)裂紋附件筒體表面形貌4硬度檢測(cè)對(duì)2號(hào)裂紋位置各區(qū)域進(jìn)行了硬度檢測(cè)，每個(gè)區(qū)域測(cè)M3點(diǎn)取平均值,其結(jié)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(gè)焊縫區(qū)域硬度值較一致。各區(qū)域母材硬度檢測(cè)平均值在158-163HB范圍內(nèi)。焊縫、母材硬度的檢測(cè)值均在合理范圍內(nèi)，均為消應(yīng)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(jī)組檢修期有限,且不宜過(guò)多破壞集箱本體,僅進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)、表面金相和表面硬度檢測(cè)，然而裂紋附近區(qū)域焊縫和母材的組織、硬度檢測(cè)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常,據(jù)此無(wú)法判斷導(dǎo)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(duì)高溫再熱器集箱制造過(guò)程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)制造廠(chǎng)在集箱管接頭裝配、焊接時(shí)，需將集箱筒身放置在V形支架上,在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中集箱筒身表面會(huì)與V形支架產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，通常情況下這種摩擦不會(huì)對(duì)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(huì)導(dǎo)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(guò)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(chǎng)對(duì)筒身表面劃傷區(qū)域進(jìn)行了補(bǔ)焊，且補(bǔ)焊是在集箱整體消應(yīng)力熱處理前進(jìn)行的，從焊縫表面硬度檢測(cè)結(jié)果可證實(shí)。綜上分析j亥焊縫位置裂紋的產(chǎn)生與集箱筒身劃痕補(bǔ)焊有直接關(guān)系。SA-335P22的碳當(dāng)量約為0.87%,有很強(qiáng)的冷裂紋敏感性,補(bǔ)焊過(guò)程中實(shí)際工件溫度未能達(dá)到焊接工藝要求的最小預(yù)熱溫度，焊后未進(jìn)行有效的消氫處理，導(dǎo)致補(bǔ)焊悍縫表面產(chǎn)生冷裂紋，且裂紋的產(chǎn)生會(huì)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(bǔ)焊焊縫中。而補(bǔ)焊時(shí)集箱管接頭已裝焊完成,不利于補(bǔ)焊操作及焊后無(wú)損檢測(cè)，以至于高溫再熱器入口集箱安裝投運(yùn)也未發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題。在鍋爐機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中,受熱應(yīng)力的作用裂紋由焊縫表面逐漸長(zhǎng)大并擴(kuò)展,直至形成宏觀表象,在檢修時(shí)被發(fā)現(xiàn)。針對(duì)該電廠(chǎng)高溫再熱器入口集箱環(huán)縫裂紋問(wèn)題,在檢修期間對(duì)11條裂紋進(jìn)行返修處理,清除裂紋、補(bǔ)焊及焊后消應(yīng)力熱處理，作為臨時(shí)解決方案,同時(shí)建議在下次檢修期對(duì)該段存在補(bǔ)焊的集箱筒體進(jìn)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(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。6結(jié)論通過(guò)對(duì)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(cè)，以