1100T鍋爐過熱器聯(lián)箱三通與連通管對接焊縫裂紋修復(fù)

改造者：張小宇

1100T鍋爐過熱器聯(lián)箱三通與連通管對接焊縫裂紋修復(fù)

改造者：張小宇

公司1100T鍋爐在2011年進(jìn)行首次檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)后屏出口連通管與后屏出口集箱三通對接焊縫、與末過進(jìn)口三通對接焊縫的三通側(cè)熔合線均發(fā)現(xiàn)裂紋，通過對部件的結(jié)構(gòu)、裂紋形式和位置進(jìn)行分析，找到了裂紋形成原因?yàn)榘惭b焊接時(shí)焊縫融合線存在應(yīng)力集中臺(tái)階和表面咬邊問題；并針對原因編制了技術(shù)措施和修復(fù)方案，修復(fù)過程中嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)和工藝要求，確保三通裂紋成功修復(fù)。

公司1100T鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)型亞臨界參數(shù)汽包爐，燃用煙煤。采用自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐。其末過進(jìn)口集箱規(guī)格為Ф406×50；與末過進(jìn)口集箱三通對接的連通管規(guī)格為Ф610×65；后屏至末過連通管（下文簡稱連通管）規(guī)格為Ф610×65。三通規(guī)格均為Ф406×406×610，材質(zhì)均為12CrlMoVG。

對接焊縫裂紋描述

2011年4月，在對#4鍋爐進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)連通管與后屏出口集箱三通對接焊縫、與末過進(jìn)口三通對接焊縫的三通側(cè)熔合線均發(fā)現(xiàn)裂紋；其中連通管與后屏出口管道三通對接焊縫爐前、爐后裂紋分別長約400mm，連通管與末過進(jìn)口三通對接焊縫爐前側(cè)裂紋長約350mm，采用裂紋深度檢測儀測量裂紋最大深度約20mm。裂紋見下圖1、圖2，裂紋截面示意圖見圖3、圖4。

圖1 后屏出口管道三通縫裂紋

圖2 末過進(jìn)口三通縫裂紋

圖3 三通裂紋位置

裂紋形成原因分析

經(jīng)對連通管布置和對接焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析判斷裂紋形成原因可能為：

連通管為倒U型，高不足2米、寬不足2米的大口徑厚壁管道，管道本身剛度較大，加之連通管與三通在安裝時(shí)對接焊縫在三通的兩側(cè)面均留有一個(gè)5mm高、角度約為75°左右的突變臺(tái)階，該突變臺(tái)階處于焊縫熔合線薄弱區(qū)域，大剛度連通管的膨脹力傳遞至三通時(shí)在突變臺(tái)階處形成二次應(yīng)力集中。

因三通為厚壁大口徑，三通現(xiàn)場焊接比較困難，在焊后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，加上三通處形狀不規(guī)則，熱處理的加熱帶不好捆扎，焊后熱處理的參數(shù)難以控制，影響焊后熱處理的效果，使焊接應(yīng)力無法充分消除，導(dǎo)致設(shè)備有焊接殘余應(yīng)力。

由于上述兩點(diǎn)鍋爐投產(chǎn)后，啟、停及運(yùn)行時(shí)（連通管溫度約500℃）蒸汽流動(dòng)給設(shè)備造成的輕微晃動(dòng)，使得對接焊縫突變臺(tái)階處二次集中應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力達(dá)到峰值，從而在焊縫的表面咬邊、成型不良處形成裂紋源并擴(kuò)展延伸。

圖4 三通裂紋消除后

處理方案

裂紋消除：為防止裂紋在打磨過程中發(fā)生延伸，在距裂紋兩側(cè)末端5mm位置處鉆止裂孔后，先進(jìn)行表面打磨，焊縫打磨深度約3～5mm時(shí)，裂紋仍明顯可見，確定非表面裂紋；經(jīng)多次打磨、表面無損檢測檢查，直至確認(rèn)裂紋已打磨消除。后屏出口管道三通出口兩處打磨深度分別為：兩端約5mm，中間最深處約17mm；末過進(jìn)口打磨深度：兩端約5mm，中間最深處約21mm。打磨后示意圖見圖5、圖6。

圖5 三通補(bǔ)焊圓滑過渡后

裂紋消除后采取如下方案進(jìn)行返修。

為方便施焊，焊縫補(bǔ)焊前應(yīng)將裂紋打磨槽進(jìn)行修整，要求修整出V型坡口；坡口表面及外壁至少20mm范圍內(nèi)油漆、污垢、鐵銹等打磨清理干凈，露出金屬光澤。

焊接地線嚴(yán)禁直接搭設(shè)到被焊工件表面上，避免電弧打傷，嚴(yán)禁在工件表面隨意引弧或試驗(yàn)電流，引弧應(yīng)在補(bǔ)焊部位內(nèi)進(jìn)行。

用電加熱裝置對三通對接焊縫進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300℃，升溫速度≤75℃/h。

補(bǔ)焊參數(shù)如下：采用Ds方法，焊接材料選用R317 Ф2.5mm焊條第1、2層填充，直流反接，電流90～105A，電壓20～24V；Ф3.2mm焊條進(jìn)行填充及蓋面，直流反接，電流105～130A，電壓20～24V；焊條應(yīng)烘干后放入保溫桶內(nèi)待用。

用紅外線測溫儀確認(rèn)需補(bǔ)焊區(qū)域達(dá)至指定預(yù)熱溫度后，開始進(jìn)行焊補(bǔ)工作，補(bǔ)焊過程采用多層多道方法焊接，層間接頭應(yīng)錯(cuò)開15mm左右；補(bǔ)焊過程嚴(yán)格控制層間溫度在250～300℃之間，每層補(bǔ)焊厚度不得超過3.2mm；多層多道焊應(yīng)逐層進(jìn)行清理、檢查，經(jīng)自檢合格后，方可進(jìn)行下一層焊縫的焊接，直至施焊完成；施焊過程中，應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿，防止弧坑裂紋的產(chǎn)生。

此次補(bǔ)焊重要點(diǎn)就是將原有的突變臺(tái)階用焊縫填充，消除應(yīng)力集中區(qū)域，使得管道受力能夠平穩(wěn)的傳遞到三通處，因此焊縫表面應(yīng)與三通母材圓滑過渡，如圖5所示。

焊后焊工認(rèn)真自檢，焊接表面不允許咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，焊縫余高差符合要求，表面成型美觀。自檢合格后報(bào)焊接專業(yè)質(zhì)檢員檢驗(yàn)復(fù)查，復(fù)查合格后，采用電加熱方法進(jìn)行焊后熱處理，恒溫溫度：720～750℃，恒溫時(shí)間：4h；升降溫速度小于75℃/h。預(yù)熱及焊后熱處理工作應(yīng)出其熱處理報(bào)告并提供自動(dòng)溫度記錄曲線。

為防止延遲裂紋漏檢，要求熱處理完成48h后，將焊縫清理干凈，并用角磨打磨，露出金屬光澤。對該焊口進(jìn)行100％UT（超聲波探傷）+100％ MT（磁粉探傷）檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后完成補(bǔ)焊所有工序，并出具檢驗(yàn)合格報(bào)告。

經(jīng)按上述措施處理后，未發(fā)現(xiàn)缺陷。2012年、2013年、2014年機(jī)組檢修期間進(jìn)行連續(xù)跟蹤復(fù)檢，未發(fā)現(xiàn)裂紋。可以認(rèn)為，裂紋原因分析完全正確，裂紋已完全消除。

建議

集箱三通焊縫現(xiàn)場焊接、熱處理較困難，有時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)制對口現(xiàn)象，致使焊縫在焊后產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，因此提出以下兩點(diǎn)建議。

三通與管道壁厚差問題應(yīng)用焊縫填充，圓滑過渡，否則易形成突變臺(tái)階。

大口徑三通現(xiàn)場焊接后，應(yīng)更具三通的形狀定制專用的加熱帶，克服三通加熱溫度不均勻、加熱帶不好捆扎等問題，使溫度可控，確保熱處理效果，焊接殘余應(yīng)力充分消除。

機(jī)組投運(yùn)后，結(jié)合機(jī)組檢修應(yīng)重點(diǎn)對三通等焊接難度大、結(jié)構(gòu)不規(guī)則的設(shè)備進(jìn)行無損檢測，及早發(fā)現(xiàn)隱患及早處理，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

張小宇

南京化學(xué)工業(yè)園熱電有限公司

張小宇（1977年）男，漢，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，本科。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.045