锅炉上人孔圈与壳体角焊缝裂纹缺陷原因分析及处理

樊继磊，孙族杰，陆坚

（宁波市特种设备检验研究院，浙江 宁波 315300）

锅炉是一种具有高温高压的热能设备，用它将水转化成热能或者热蒸汽，在各行各业得到了广泛的应用，是一种使用普遍，既危险而又特殊的设备。一旦锅炉出现质量问题，因为高压高温而造成安全事故会对生命与财产安全造成重大损失。因此锅炉设备的使用一定要谨慎安全，一旦发现锅炉设备有任何异常或者问题，应该及时停止锅炉的运行将异常问题解决完善，才能继续投入使用。本文主要对DZL2-1.25-S型号锅炉的人孔圈与壳体产生裂纹的原因进行分析，提出相应的处理措施。

DZL2-1.25-S型锅炉原型为DZL2-1.25-ALL型卧式燃煤蒸汽工业锅炉，在运行的过程中额定蒸发量为2t/h，额定压力为1.25兆帕，介质的额定温度为194摄氏度，燃烧方式为链条炉排，使用的是II类烟煤，锅炉热效率为61%，于2011年4月制造，2011年9月投入工业使用。因为该锅炉在使用的过程中，燃烧的是II类烟煤，加上该锅炉辅机的配置与燃烧设备的设计不合理，造成该锅炉在使用II类烟煤运行的过程中达不到国家对工业生产环保标准的要求，于是被当地环保部门责令限期整改，对锅炉进行节能减排改造方案，经改造之后锅炉的型号为DZL2-1.25-S型，将以前的燃烧方式改为固定炉排燃烧方式，染料使用生物质颗粒，锅炉的热效率达到76.7%。

1 问题的提出

在锅炉上开设人孔是为了维修检查人员能够通过人孔进入到锅炉内部，对锅炉内部情况进行检查修理以及维护保养。锅炉人孔一般为椭圆形，人孔的规格尺寸一般为300毫米×400毫米。锅炉人孔的开设一般是在锅炉制造完成以后进行，在人孔设立的位置对锅炉壳体进行切割成型。在人孔开设以后，大大的削弱了锅炉人孔周围的锅壳与管板的强度，为了对削弱的强度进行弥补，会在开设的人孔周围焊接一个加强圈，这个加强圈就是“人孔圈”。人孔圈的材料为20g,厚度为20毫米，在焊接的时候，采用的是开坡口型的双面填角焊。

由于这种人孔圈的刚性拘束力量很大，在焊接的过程中受到的焊接应力也非常大，在焊好以后锅炉在运行过程中，该部位受到的锅炉内部热应力影响以及外部荷载和其他应力影响非常大，经常在锅炉的长轴方向发生人孔圈与锅炉壳体之间的裂缝，造成安全事故。

DZL2-1.25-S型锅炉在内部检验过程中，检验人员发现人孔圈与锅壳内侧角焊缝产生了裂纹，经过测量，该裂纹长度约230毫米，如图1所示。

2 原因分析

DZL2-1.25-S型锅炉人孔圈与壳体产生裂缝的原因从焊接工艺和检验检测方面分析，主要表现在以下几点：

2.1 未按照严格的焊接工艺流程焊接

在对人孔加强圈与锅炉壳体进行焊接时，没有做好焊接工作的充分准备，例如对焊条进行选择时没有结合人孔圈与锅炉壳体的制造材料进行科学分析，最终使用的焊材不合乎该部位的焊接要求，未认真对待焊接环境，未做足焊接前的预热处理工作，导致焊接质量不达标，锅炉在使用之后出现裂纹：

图1 DZL2-1.25-S型锅炉人孔圈与壳体角焊缝裂纹

（1）在对人孔圈焊接设计的时候没有对设计使用的焊接工艺进行评定，使得选择的焊接工艺达不到锅炉的壳体材料成分与人孔圈材料成分的焊接标准，导致人孔圈部位的压力强度不够，未能达到设计使用的年限。

（2）在进行焊接工作时，焊接工艺人员没有严格按照工艺指导书执行，焊接时电流低、电压高、空气湿度太大等诸多影响因素造成了焊接缺陷。

（3）焊接工艺人员技术水平有限，焊接质量不合格。

（4）焊后没有按热处理工艺要求的温度与时间进行热处理也可能出现裂纹缺陷问题。

2.2 从检验检测方面分析

（1）锅炉的制造企业未严格实施质量管理体系。在锅炉制造过程中当出现焊工持证类别不符合、焊接技术不合格、未严格按照焊接作业指导书进行焊接时，相关工程技术人员与检验检测人员未能及时发现这些焊接缺陷。或者是当他们发现这些焊接工艺错误与产品质量缺陷时，产品质量控制意识不足，没有及时上报相关的管理机构与检验检测机构对以上不足进行纠正处理，造成产品制造质量控制不严。

（2）检验检测机构未发挥应有的作用。锅炉属于特种设备，在制造的过程中应该有监督检验人员进行过程监督，确保锅炉制造的每一个环节都能够严格按照制造工艺及相关标准进行。所以在锅炉的制造过程中，相关的监督检验人员未进行实时的监督与检查。或者是在监督检查锅炉人孔圈与壳体的焊接时，未严格执行《GB/T 16508—2013锅壳锅炉》系列标准，没有对焊接材料、焊接工艺、焊接质量按上述标准进行检测，最终导致在人孔加强圈与锅炉壳体焊接的这一环节中，出现了严重的质量缺陷，而未及时发现，在使用的过程中，导致该部位受到锅炉内部热应力与外界荷载应力的影响出现了230毫米长的裂纹，严重威胁到生产及生命安全。

3 检验检测标准

对锅炉人孔圈与锅炉壳体焊接部分的强度检测时按照GB/T 16508.3—2013《锅壳锅炉第 3 部分： 设计与强度计算》标准进行。应用该标准进行强度计算时，主要是以材料力学和薄膜理论为基础，结合经验系数进行简化计算。

对该部位的施焊工艺进行检测时，以TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》[2]为依据标准，根据该标准中的3.23.1.( 4) 相关要求，焊接工艺未按照相关的设计图纸与要求进行，会严重降低人孔圈与锅炉壳体之间焊接部位的强度，使得锅炉在运行的过程中应力集中，成为焊接部位产生裂纹和应力腐蚀的缺陷集中区域。

根据TSG G7001-2015《锅炉监督检验规则》[3]第2.1.4（9）条规定，检查焊接接头外观质量是否符合相关标准的要求（B类）。按照《锅炉监督检验规则》中的1.3.4（2）条规定标准，B类是指在对锅炉安全使用性能有重大影响的重点施工项目，应该由监督检验人员在现场进行实时监督、实物检查，如果监督检验人员不能实时的到达监督现场，相关的受检单位可以在自检合格以后进行下一步工作。但是监督人员应该随后完成对重点项目的质量检查，确认质量合乎标准以后继续下一步工作。

4 修复措施

对锅炉人孔加强圈与壳体之间产生的裂纹进行修复时，按照焊前硬度检测-缺陷确认-缺陷打磨清除处理-着色探伤检测-焊条烘干工作-焊前预热工作——焊接修复-焊后热处理工作-强度复检-无损探伤检测基本程序进行。

着重强调在进行焊接工作时一定要严格按照焊接工艺流程进行，按照TSG G7001-2015《锅炉监督检验规则》对焊接修复工艺、质量及外观进行监督检查。然后对整段补焊区进行焊后热处理，测温点需要按照上、中、下三个不同的位置对人孔、圈的补焊区进行设置，保证补焊区加热均匀(如图2）。

图2 热处理工艺曲线

对补焊区外观与表面进行百分之百的检查，修复的焊缝须符合《GB/T 16508—2013锅壳锅炉》技术要求，并严格按照TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》规范进行验收。对修复焊缝按照标准NB/T47013.3-2015进行百分之百的超声波检查，其技术等级不低于B级，焊接接头质量等级不低于I级，按照标准NB/T47013.5-201进行渗透探伤检查，焊接接头质量等级不低于I级。硬度的检测标准需要符合DL5007-92和DL440-91标准。