淺談鍋爐汽包焊縫裂紋分析論文
[論文關鍵詞]電站鍋爐焊縫裂紋檢驗
[論文摘要]電站鍋爐在運行過程中，由于多種因素的影響會導致各種各樣缺陷的產生，既有有關承壓部件的，也有有關水汽質量的，針對汽包焊縫裂紋典型案例做好深入地分析，將有利于雷同缺陷及時、妥善處理。
在役電站鍋爐實際檢驗過程中，經常會遇到各種各樣的實際檢驗問題，但歸結起來主要有幾類比較典型的情況。下面選取定期檢驗過程中發現及處理過的汽包焊縫裂紋案例，深入探討了典型承壓部件損壞的部位、損壞的原因、修理的具體方案等，對這類典型問題的深入研究，有助于雷同問題的及時、快速、正確處理，確保被檢鍋爐按期、安全的投入運行。
某廠電站鍋爐汽包在停爐內部檢驗中發現了嚴重的焊縫裂紋缺陷，采取措施進行修復后，保證了汽包的安全運行，現將這一技術措施剖析如下：
一、汽包缺陷檢查
該廠鍋爐系1997年制造、安裝，1998年投入使用，2007年8月停爐檢驗時，經磁粉和超聲檢測發現，汽包第2道環焊縫上部外側坡口熱影響區有一條明顯的腐蝕氧化裂紋，裂紋長450mm、寬0.02mm，最深處達20-25dB，最淺處3dB，在第2條環焊縫上部內側存在熔合線表面裂紋缺陷6處；其它焊縫也存在多處表面和埋藏缺陷，但未超標。分析表明：從開裂的第2條環焊縫，焊縫外觀很不規則，焊縫比母材高出許多，形成了一個突變的臺階，在焊縫的融合線附近存在較多表面缺陷;這樣，在鍋爐頻繁的啟停中，汽包受到周期性的加熱、冷卻，在交變應力的'作用下導致開裂，繼而發展。鑒于上述情況，采用了兩種方案：（1）對于未超標的埋藏缺陷作重點記錄，以便日后檢驗中作重點檢查；如發現缺陷發展、開裂，立即處理。（2）對開裂的缺陷，制定補焊工藝措施，對裂紋進行挖補修復。
二、缺陷挖補前的各項工作檢查
（1）汽包母材化學成分（%）:C-0.20，Si-0.46，Mn-1.15，P-0.008，S-0.0180
（2）汽包焊縫化學成分（%）:C-0.66，Si-0.60，Mn-1.50，P-0.022，S-0.0130，化學成分分析結果符合J507焊條成分要求。
（3）金相檢查：焊縫：鐵素體+珠光體，珠光體呈帶狀分布，帶狀組織2-3級，晶粒度6級。熔合線：鐵素體+珠光體，珠光體呈網狀分布，熔合線兩側有脫碳。熱影響區：鐵素體+珠光體，組織欠均勻，晶粒度5-6級。母材：鐵素體+珠光體，組織尚均勻，晶粒度6～7級。以上所檢查的組織皆屬正常。
（4）硬度測試：母材：HB125。熱影響區：HB115。焊縫區：HB125。以上所測的硬度值均符合要求。計算結果證明，19Mn5鋼無再熱裂紋傾向。
（5）19Mn5鋼產生冷裂紋傾向和焊接熱影響區淬硬傾向計算表明，汽包材料基本無冷裂傾向。
三、缺陷挖除
（一）開槽挖除工作所用的設備和材料
500A直流電焊機1臺；0.75m3空壓機1臺；碳棒直徑6mm、8mm，100根。
（二）缺陷開槽挖除方法及技術要求
①由于19Mn5鋼的塑性較好，開槽挖除裂紋前不必鉆孔止裂。②開槽方法：電弧氣刨后，砂輪磨光。③為了減少電弧氣刨的激熱影響，應將溫度預熱到200℃以上再進行開槽，在挖掉缺陷的同時，應盡可能使槽開得規整、光滑，并盡量減少開槽的體積。
四、缺陷挖除后的補焊工藝
（一）焊條材料選擇低氫型J507焊條。打底用中Φ3.2mm的焊條，其余用Φ4mm的焊條。
（二）施焊工藝：焊條在350℃烘烤2小時，烘烤的焊條放入保溫箱內，隨時使用。補焊過程中，始終保持預熱溫度，最低溫度150℃，施焊中采取多層多道焊。先沿U形坡口焊三層，使坡口寬度變窄，以減少收縮變形引起的應力，然后由下至上多層多道焊。每道焊縫用分段焊法，分段時填空焊的焊接方向應與原分段焊的方向相反。各焊道分段應錯開，可減少焊接應力的過大累積。打底焊采用中3.2mm焊條，焊道寬度控制在6-8mm左右，熔深控制在2-3mm之內。為減少收弧次數，每根焊條一次焊完。焊完一道，必須清渣進行檢查，確認無缺陷時繼續施焊。
五、焊后熱處理
焊后熱處理采用局部整段內加熱法，使用框架式電阻加熱器，總容量108kvA，9路輸出，每路12kVA，輸入電壓220V，自動控溫表2塊，溫度記錄儀1臺，熱電偶17支，使用HM1300×355×88mm框架型加熱塊6塊，平穩地置于汽包上半周，加熱塊與電源連接引出線用Φ10mm圓鋼，套上Φ12mm的瓷管，然后與鑲套銅電纜連接，銅電纜接到控溫設備上。為了減少熱量損失，在加熱帶的兩端設計兩塊堵板，堵板用3mm厚的鋼板制成Φ1600mm的圓板，將圓板分割4塊在汽包內組裝;在圓板每300mm×400mm的面積上焊中6×170mm的鋼絲若干根，以固定保溫材料；保溫材料選用硅酸鋁耐熱材料。電源連接線和熱電偶連接均從圓板的孔通過。
六、熱處理后的各項工作檢查
（一）表面檢測：對補焊區內、外壁做磁粉檢測，未發現任何缺陷。
（二）超聲波檢驗：用超聲波對內外壁進行檢驗未發現超標和可記錄缺陷。
（三）金相檢驗：焊縫、熔合線、熱影響區、母材等金相組織屬正常范圍之內。
（四）硬度檢驗：焊縫HB130，熱影響區HB120，母材HB120。
（五）熱位移、撓度、橢圓度測量：熱處理升溫到600℃，甲側向西位移5mm，乙側向東位移7mm；熱處理完，汽包溫度降到室溫，甲乙側位移恢復到補焊前。撓度：熱處理后，甲側0，中部0.02，乙側0.02，正常。橢圓度a：原始值=0.22%；焊后值=0.25%；熱處理后值=0.25%。補焊后橢圓度變化不大，在允許值范圍內。
（六）殘余應力測試：通過實測熔合線處殘余應力為190MPa，偏離焊縫的近縫區應力為170MPa，焊縫平均最大應力為180MPa其殘余應力水平與原始態相符，說明補焊工藝、熱處理工藝、補焊質量都符合要求。
七、裂紋修復后的結論分析
汽包裂紋挖補修復后，各項技術指標均符合規定要求：
（1）補焊焊縫質量達到JBI152-81標準的I級焊縫要求。
（2）硬度最高為HB130，遠遠小于線材硬度+100的規定，殘余應力最大為190MPa，大大小于245MPa規定，金相組織也沒有變化，由所有這些檢查結果推知，補焊焊縫具有良好的綜合機械性能，沒有產生任何永久變形。
（3）該汽包裂紋挖補修復后運行至今已近一年，在今年5月停爐檢修時再次對裂紋剔除的補焊部位進行了磁粉和超聲檢測，同時對有記錄缺陷部位進行了跟蹤檢查，均未有異常情況出現。由此可以說明，針對此次汽包檢查出來的缺陷所采取的處理方案不僅符合標準，而且修復具體措施的實施是成功的。
參考文獻：
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