汽包安全阀管座及筒体裂纹处理措施

宫伟基 王晓明 张军

摘 要：通过分析某电厂汽包安全阀及筒体裂纹，认为形成裂纹的主要原因为高应力区的交变热应力，根据裂纹形态及设备状况，选择冷焊法处理工艺，从焊接顺序、焊条选择、焊前预热、焊接规范等方面制定了焊接工艺，焊后检验未发现裂纹。

关键词：汽包;安全阀;裂纹;处理

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0090-02

1 概况

某电厂2号300MW机组配备东方锅炉厂生产的DG1025/18.2—II4型亚临界压力、自然循环、一次中间再热、固态排渣煤粉锅炉，1994年安装投运，至2012年9月检修时已累计运行13万小时。该次检修中，发现汽包西侧环向分布的两个安全阀管座角焊缝及管座之间的筒体表面存有若干裂纹，数量在几十条左右（如图1），裂纹呈不规则分布，多分叉且方向各异，但均分布在两个管座之间孔桥周围的范围内，筒体表面裂纹长者达70mm（如图2），角焊缝上裂纹长者达140mm（如图3），角焊缝根部熔合线裂纹长达200mm。

汽包材质BHW35（13MnNiMo54），规格Φ2086×145mm;工作温度410℃、压力18.6MPa。安全阀管座材质经光谱分析为Cr：0.95，Mo：0.5，外径Φ238mm;角焊缝材质经光谱分析为Mo：0.3;两管孔孔桥间距经测量为575mm。

对汽包筒体及安全阀管座焊缝进行硬度测试，测试位置如图4，测量结果如表1。

筒体表面经超声裂纹测深，裂纹最深大约在8mm左右，最后以裂纹打磨深度为准。

汽包是电站锅炉的重要部件，裂纹不仅直接导致汽包的有效承载面积降低，而且在裂纹尖端处应力集中严重，使裂纹不断扩展以致汽包开裂泄漏，将发生难以预见和控制的危险，因此，需采取措施消除裂纹。

2 裂纹产生原因分析

裂纹数量之多之长，而且均分布在汽包两管孔孔桥周围、汽包最薄弱的局部范围内，说明其危害性非常严重。

在汽包封头焊缝附近环向开两个中口径汽包安全阀管孔，开孔间距又小，是早期设计的不合理结构，因开孔周围存在应力集中现象，而较短的孔距又存在较大的孔桥减弱系数，因此形成汽包运行状态下孔桥周围的高应力区，也是最容易产生低周疲劳和开裂的部位。

依据汽包筒体裂纹的检测数据以及裂纹的数量多、深度较浅、呈不规则分布、多分叉且方向各异等特点，经初步分析，形成裂纹的主要原因是高应力区内的交变热应力，即在某个时段内因和外来原因导致表面冷却的短时间热疲劳而发生的裂纹，呈各向异形。

管座角焊缝根部的环形熔合线裂纹，是长期运行发生的裂纹，在局部存在冷却热疲劳的情况下，加剧了裂纹速度。

3 处理方案制定

依据DL/T734-2000锅炉汽包焊接修复技术导则：“汽包焊接修复不宜选用奥氏体不锈钢焊条或焊丝”和“一般应选用修复部位原来使用的焊材”的规定，对BHW35（13MnNiMo54）的汽包材质应选用E6015G（GB5118）电焊条进行热焊（焊前预热、焊后高温回火热处理）焊补。但考虑到焊补是局部较小范围的，而且现场无条件进行筒体环带预热和焊后热处理，只具备实施奥氏体冷焊方法的工艺条件，因此采用冷焊法处理。

4 焊前准备

（1）清除管座周边障碍，留有足够的检查与施工空间。搭建高度适宜的工作平台。（2）检测裂纹长度，绘制裂纹分布尺寸图。（3）采用磨削法将裂纹全部彻底打磨去除，磁粉和着色探伤确认无裂纹后，再扩大打磨范围，打磨长度大于裂纹两端各10mm，打磨深度大于裂纹8mm;相邻较近的开槽打磨合并成底部平坦圆滑的、周圈呈椭圆形的、周围与母材圆滑过渡的宽“U”形截面焊补坡口;在满足上述开槽条件下尽量减小开槽尺寸;将坡口周围母材10mm的范围打磨出金属光泽，不得有油、锈、水迹等污物。（4）用保温毡大面积覆盖裂纹区周围的母材。（5）挑选合格焊工按焊接工艺要求进行焊前模拟代样练习，检验合格后方能正式施焊。

5 焊接工艺

（1）焊接方法。采用奥氏体焊条冷焊，打底层焊前预热，其余焊层在室温下冷焊，焊后不做热处理。（2）焊接顺序。应首先焊补筒体开槽，焊补后，打磨平整与母材表面齐平，再预热焊补管座角焊缝。先进行打底焊，焊一处预热一处，保温冷却一处，待全部底层焊完成后，冷却到室温下，再实施填充和盖面焊。（3）电焊条。选用A507焊条，Φ2.5、φ3.2，保存一年期内，用前经250℃烘干，置于150℃保温筒内，随用随取。（4）焊前预热。打底焊前，用氧-乙炔中性焰大面积将坡口及周围母材缓慢均匀加热到150℃左右，用远红外点温仪检测温度。（5）焊接规范。直流反接，底层及填充焊层用Φ3.2焊条、电流80～110A，层间温度≤250℃。盖面层用Φ2.5焊条、电流60～80A。在预热温度下均采用小规范，即小电流、小熔合比、小线能量、熔深浅。（6）底层焊。整个底层焊接过程应尽量保持在预热温度下施焊，打底焊层共焊两层，厚约5～6mm;底层焊作为奥氏体冷焊金属与珠光体母材之间的过渡隔离层，以减少冷焊时焊接热源对基体金属的影响，防止熔合区产生脆性组织，因此底层焊务必盖满整个坡口及边缘并保持一定厚度，不得露出母材;合理安排焊道顺序，保持坡口底部焊道的平整，防止产生较深的沟槽，以利于后面冷焊层的堆焊。待底层焊周圈完成后，立即用石棉布覆盖保温缓冷至室温后实施填充层与盖面层的冷焊。（7）焊接要求。采用多层多道、短弧、短段、不摆焊，接头处错开。在坡口内或焊道上引燃电弧，收弧处填满弧坑缓慢收弧;每完成一条焊道都要清渣肉眼检查，确认无缺陷后再实施下条焊道;若发现焊道中间产生热裂纹，用马蹄凿铲除补平即可;底层焊接尽量连续完成，若坡口周围温度低于预热温度时，应加热后焊接;注意控制层间温度不得过高以防热裂;保证熔合良好的前提下，熔深要小;下焊道压上焊道1/3，以减少底层金属对焊道的拘束，提高焊道的自由度和塑性;保持层间温度稍高于预热温度，以减少母材对熔敷金属的稀释率，确保异种钢接头熔合区的性能;填充与盖面焊层应间歇施焊，整个施焊过程周围基体金属不高于70℃，除应选用小的焊接电流和焊接规范外，还应采用间歇方法施焊，使层间得到冷却;奥氏体合金对气孔敏感性强，因此尽量采用短弧操作，防止产生气孔。（8）盖面焊层。待冷焊层基本填平坡口后，选用Φ2.5电焊条实施盖面焊层。焊层周围应略高于母材表面;焊道应排列紧凑整齐不留沟槽。盖面焊层周围应与母材圆滑过渡，中間切忌凸起;管座角焊缝的盖面焊缝表面应呈中间凹，两端与母材圆滑过渡的截面。（9）修磨焊缝。修磨挖补焊缝，恢复原几何形状尺寸;用角向磨光机打磨，使焊层表面平坦光滑，周围与母材表面齐平，避免焊缝中间凸起并高于周围母材表面;管座角焊缝的盖面焊缝表面应呈中间凹，两端与母材圆滑过渡的截面。

6 结语

采用上述方法处理后，焊补区域经渗透检测，符合DL/T 869-2012标准中Ⅰ级质量要求，未发现存在超标缺陷。运行六年多复查未发现异常，证明该处理措施得当，为大型设备的修复处理提供了参考。

参考文献

[1] 国家能源局.火力发电厂焊接技术规程：DL/T 869-2012 [S].中国电力出版社，2012.

[2] 曾小云.汽缸缺陷的冷焊法修复及其变形控制[J].金属加工社，2017（6）：54-56.

[3] 吴友良.N40-42型汽轮机汽封座裂纹焊接修复技术应用 [J].中国机械，2015（1）：136-137.