王百頌

【摘 要】因為T23鋼的固有特性，使得其在用于鍋爐水冷壁后由于檢修工藝受現(xiàn)場條件限制不容易控制，容易產生再熱裂紋。本文通過通過對其裂紋產生的原因分析，制定了簡單實用的檢修工藝，并在臺山電廠6號機組大修中實施了此工藝，取得了成功，為大型電廠鍋爐T23水冷壁管焊后易產生裂紋找到了解決方案。

【關鍵詞】T23 水冷壁管；焊接；裂紋；施工工藝

0.概述

廣東臺山電廠2×1000MW超超臨界壓力直流鍋爐為上海鍋爐廠設計、制造的3091t/h超超臨界變壓運行直流爐。鍋爐的水冷壁采用下部螺旋管圈和上部垂直管圈的形式，螺旋管圈標高39m以上及垂直管圈管材均為國產T23鋼，鍋爐受熱面于 2009年03月27日開始安，2010年02月11日完成鍋爐水壓試驗，2011年3月29日10：08通過168h運行，移交生產。

1.T23鋼水冷壁產生裂紋的原因分析

臺山電廠6號爐于2011年3月投入運行，至2012年8月停爐大修，共啟停4次，累計運行時間約8490h，累計停爐時間4749h。機組歷次檢修發(fā)現(xiàn)的水冷壁裂紋缺陷統(tǒng)計見圖1

2012年8月機組停爐大修，大修中對T23水冷壁安裝焊口射線檢查7868道，共發(fā)現(xiàn)缺陷1289道（全部為垂直于焊縫的橫向裂紋），缺陷率16.38%。

具體裂紋形狀如圖2

裂紋原因分析。

T23（HCM2S）鋼是在T22（2.25Cr-1Mo）鋼的基礎上吸收了102鋼的優(yōu)點改進的，600 ℃時其強度比T22高93%，與102鋼相當，但由于C含量降低，其加工性能和焊接性能均優(yōu)于102鋼。在一定的焊接工藝條件及焊前不預熱、焊后不熱處理的條件下，T23鋼的焊縫和熱影響區(qū)的硬度均低于350 HV10。該鋼中同時加入合金元素W、V和Nb，以彌補碳C含量降低對高溫蠕變強度帶來的不利影響。W、V和Nb等都是沉淀強化元素，會增大再熱裂紋傾向。雖然可以取消焊后熱處理，但該鋼在一定的高溫條件下仍有可能產生再熱裂紋。

經對臺山電廠6號鍋爐水冷壁T23鋼大量取樣試驗研究，結果發(fā)現(xiàn)臺山電廠6號鍋爐水冷壁T23鋼再熱裂紋非常敏感，敏感溫度區(qū)間為580度-750度，最敏感的溫度在630度附近，與傳統(tǒng)的低合金耐熱鋼相比，雖然合金化改良使T23鋼的冷裂紋敏剛性得到改善，但再熱裂紋裂紋傾向明顯增大。

臺山電廠T23鋼水冷壁泄漏主要集中在鍋爐螺旋水冷壁四角焊接接頭處，對該區(qū)域進行應力測試，從測試結果看，最高測點的最大應力達389MPa，已接近T23鋼材料標準屈服極限下限，應力值最小測點為121MPa，其余測點的最大主應力值在200～300MPa，所測點應力值均偏高；測試證明T23鋼的塑性儲備能低、韌性差，焊接應力較高。

綜合上述試驗分析結果，臺山電廠6號鍋爐T23水冷壁焊接接頭產生大量裂紋的原因為：由于臺山電廠6號鍋爐T23鋼再熱裂紋敏感，在對口焊接過程中對前道焊縫或者熱影響區(qū)有高溫回火的作用，導致前道焊縫或者熱影響區(qū)產生晶間弱化的現(xiàn)象，并且部分晶間聚集大量孔洞。另外由于T23鋼含有多種強化元素，如Cr，Mo，V，W等均增加了材料的淬硬性，導致T23鋼焊接接頭塑性儲備能低、韌性差，焊接應力較高，無法靠晶間或者晶粒變形來釋放部分應力，鍋爐在運行、啟停過程中，T23鋼焊接接頭在焊接應力、熱應力、介質應力等共同作用下，晶界逐漸產生裂紋最終導致焊接接頭開裂泄漏。既臺山電廠6號鍋爐T23管焊接接頭裂紋性質為較大的綜合應力引發(fā)的再熱裂紋。

2.防止T23鋼焊接接頭產生再熱裂紋施工工藝

為了防止再熱裂紋發(fā)生，可從冶金因素和工藝因素2個方面入手解決。

就冶金因素而言，目前再建或已投產的機組確定不變，在T23鋼化學成分也確定的情況下只有通過采取一定的工藝措施防止再熱裂紋的產生與擴展。

工藝措施，目前從焊接工藝和熱處理工藝兩個方面入手解決。

2.1焊接工藝

（1）割管長度為500mm，特殊部位（角部或剛性梁等）割管長度至少不能低于200mm，管子的對口間隙應保持在2-2.5mm之間。

（2）T23焊口焊接采用全氬弧焊，焊接時選用的焊絲必須經工藝評定合格，焊接電流以焊接現(xiàn)場就地焊接點測量值為準，且焊接電流<130A。

（3）點固焊采用氬弧焊，點固焊位置在坡口跟部，因現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)裂紋多在6點或12點位置發(fā)生，因此點焊固定位置應避開6點和12點的位置，為方便現(xiàn)場點焊和打磨工作方便，點焊位置確定在11（13）點或5（7）點鐘位置，在打底層焊接至焊固點附近時，需將點固焊徹底打磨清除，焊接過程中注意打底層不得與點固焊拉邊和搭接。

（4）焊接前做充氬保護，焊接前的預熱溫度為：150～200℃（目標值200℃）。預熱方法為氧氣—乙炔中性火焰加熱方法，預熱的寬度從對口中心開始算，每側不小于100mm。 火焰中心應在管子的軸向方向上均勻移動，以使管子能充分預熱，管子的向火面和背火面應同時進行預熱。采用遠紅外測溫儀或測溫筆進行檢查預熱溫度，以確保焊前能達到所需的預熱溫度。

（5）對口焊道采用3層4道（蓋面層2道），焊道與焊道之間必須要圓滑過渡，不允許產生溝道，焊接完成注意收弧質量，不允許產生縮孔，如產生縮孔，需要打磨清除并補焊，補焊工藝嚴格按工藝進行。焊接過程中需將爐內、外側打底層焊接完成后方可進行第二道的填充工作；同理，待爐內、外側填充層焊接完成后方可進行第三層的蓋面工作。同一根管的焊接必須先焊接完成單側焊口后才能進行另一側的焊口打底焊接工作。焊道對接處不允許選在6點和12點位置，且要蓋過對接的落弧點，每個對接點不得在同一位置，即錯位布置，焊接中如無選用高頻電焊機，即無衰減功能時，焊道焊接結束前應向坡口處收弧，防止溶液不足導致焊道厚度減薄產生裂紋。

（6）在進行次層（次道）焊縫的焊接前，用遠紅外測溫計測量層間溫度，層間溫度不超過300℃時可進行下一層（下一道）焊接。

（7）為減少焊接變形和高空作業(yè)的危險性，宜采用兩人對稱焊接，對接焊口的熔敷金屬應均勻。

（8）施焊中，應特別注意接頭和收弧的質量，收弧時應將熔池填滿。上下層的焊縫，以及同一層的兩道焊縫的接頭至少錯開10mm。

（9）焊工完成單側對接焊口焊接后，對焊縫進行清理并及時用保溫棉進行覆蓋緩冷，待另一側焊口焊接完成后立即用火焰加熱對兩側焊口同時進行后熱，后熱溫度為300℃，加熱范圍為焊口兩側不少于100mm，后熱溫度達到后立即在焊口向火面和背火面都覆蓋硅酸鋁保溫棉（每側不少于150 mm）使焊口緩冷到室溫。如果焊口焊接過程中斷，應立即進行后熱并緩冷到室溫，重新恢復焊接前應再次進行預熱。

2.2密封焊接工藝

密封焊接要求爐外單面焊，開坡口，全氬弧焊接，焊接兩遍。焊接方法為手工氬弧焊，焊絲標準號推薦為R30，規(guī)格為Φ2.5（或2.6）。焊前用氧氣—乙炔中性火焰進行預熱，預熱溫度推薦為200～250℃，火焰應均勻移動，以使管子和鰭片充分預熱。鰭片按照100mm距離進行跳焊。

2.3熱處理工藝

采用電加熱方式進行局部熱處理：熱處理規(guī)范為730±10℃×0.5h，當加熱到400℃時，加熱速度控制在≤220℃/h，保溫后冷卻速度控制在≤275℃/h，冷卻至400℃后用保溫材料包覆緩冷至室溫。至少在爐膛內外焊縫上各搭一點控溫熱電偶，加熱范圍為焊縫及其兩側母材各不小于150mm 區(qū)域，并沿管子或管排環(huán)向包覆。熱處理規(guī)范如圖3 所示。

3.結論與建議

臺山電廠6號機組于2012年11月26日大修結束后進行27.46MPA工作壓力水壓試驗，沒有發(fā)現(xiàn)漏點，12月4日機組點火啟動，運行中沒有發(fā)現(xiàn)漏點，因電網原因，機組于12月6日停機等待啟動運行，停機過程中沒有發(fā)現(xiàn)水冷壁泄漏，本次啟動停機創(chuàng)造了鍋爐自基建安裝結束至今首次鍋爐啟動停爐后未發(fā)現(xiàn)泄漏點。6號機組自運行至今207天，中間經過6次啟停均無泄漏點，充分證明此種工藝對T23水冷壁管在施工焊接過程中容易產生再熱裂紋起到了很好的根治作用，這在國內都是首創(chuàng)對于1000MW機組鍋爐T23水冷水冷壁管的焊接施工具有指導意義。

【參考文獻】

[1]王學，徐德錄，陳玉成等.T23鋼再熱裂紋敏感性.

[2]成鵬，趙建倉.超超臨界鍋爐T23鋼水冷壁裂紋原因分析.

[3]張波，高子瑜，王德泰等.HCM2S鋼再熱裂紋敏感性的試驗研究.