锅炉汽包、联箱和厚壁管的焊接问题

电力18讯：    摘要：锅炉汽包、联箱和厚壁管的缺陷返修补焊，是一项难度较大的工作，本文收集了我国某些火电厂上述部件的缺陷修复实例，按同种钢焊接与异种钢焊接，筒体环缝补焊与管座角缝补焊的工艺、检验、热处理等分类作重点介绍。
关键词：焊接  汽包  联箱  厚壁管
1  前言
锅炉汽包、联箱和蒸汽管道因不直接受热，机械应力一般较小。它的焊接缺陷，往往在投运后许多年才暴露。一旦发现，如不及时处理将严重威胁安全运行。汽包、联箱和蒸汽管道壁厚较大，材料有低碳钢也有合金，这些部件的焊接，有同种钢焊接也有异种钢焊接，对 焊接要求较高，尤其是在电厂现场焊接条件较差，如何保证焊接质量应十分重视。
2  等壁厚同种钢的环焊
2.1  低碳钢环炉
太原第一热电厂2号炉是前苏联巴尔纳乌尔锅炉厂出品的中温中压炉。汽包外径1382mm，壁厚48mm，长8505mm，20号钢制成，原焊缝为埋弧自动焊。该锅炉已运行三十多年，于1992年 12月大修时发现汽包环焊缝多处裂纹，其中超标的两段见图1。A段裂纹长400(907-557)mm，B段长160(290-130)mm。
该汽包为20号钢，焊接性能好。制造厂未提供缺陷处理的原始资料，安装时和投产后亦无焊缝裂纹记录，单凭这次大修的发现，很难对裂纹的产生作出正确的原因分析。现将该厂现场修复的坡口加工、焊接和热处理的工艺，以及焊后检验等扼要介绍如下。


补焊坡口开在汽包外壁，采用机械方法备制坡口。焊条选用507，1～4层用φ32，其余各层用φ4焊条。为了防止裂纹的产生，焊前后进行热处理，热处理采用远红外加热器，控制设备为WDK-3120可编程温度控制柜和DKJ-C自动控制仪。焊后质量检验合格。
2.2  锰钢环焊
湖南鲤鱼江电厂8号炉型号为DG300/100-4，汽包参数为1600×90mm，19Mn5钢，工作压力1 1.27 MPa，饱和温度320℃。该炉1981年投运，1991年在东北电管局锅炉检测中心派员指导下，经超声波探伤，发现一条编号为H2的环焊缝和一条Z3纵焊缝有裂纹群。H2裂纹走向均为垂直于环缝的裂纹群，绝大部分裂纹埋藏深度范围为距内壁20～70mm处，裂纹长度为5～22mm，裂纹沿H2环缝周向分布范围约90mm，见图2。Z3纵缝裂纹走向为八字形，与汽包纵向轴线成45°的夹角，裂纹长7～16mm，18条互不相连的裂纹。H2裂纹为密集型裂纹群，裂纹群区域内的金属材料质地已恶化。经强度计算H2裂纹群区域实际对强度的有效壁厚，已小于汽包强度计算要求的最小壁厚，属不安全、应修理的缺陷。Z3裂纹群计算结果尚可满足强度要求，可监督运行。1995年湖南省电力局决定对汽包H2环缝裂纹群进行挖补处理 。

由于裂纹最大埋藏深度达80mm，如裂纹清除单纯只采用机械方法，则工作量很大，该厂采取先用碳弧气刨刨除法，刨除到离缺陷最深处位置约20mm处，然后采用机械方法清除剩余裂纹。此法既减小了工作量又避免气刨时扩大裂纹。碳弧气刨前，先用乙炔焰预热控制区域到10 0～150℃。当裂纹分布区经碳弧气刨后还剩有约20mm的金属时，改用角向砂轮磨削。补焊坡 口修磨成形后，须经渗透探伤检查，证明刨削打磨过程未出现任何新裂纹或原裂纹延长才能 施焊。为了避免焊接应力导致补焊区产生裂纹，该电厂采取如下措施：
a 焊前预热200～250℃，补焊中保持此温度；
b 按程序补焊，即由坡口两侧往中间进行，采取单向不摆动的运条法；
c 每焊完一道，立即跟踪锤击消除残余应力；
d 焊接电流不宜太大。焊接速度不要太快；
e 当补焊到工作量的1/3时，进行中间消氢处理，消氢处理温度为300～400℃，保温2h；
f 补焊完毕即进行消氢处理和去应力退火。
图3系整个热处理工艺曲线。

焊补热处理后质量鉴定十分重要，包括外观检查、硬度测量、无损探伤和汽包弯曲度测定。该汽包补焊后检验合格，现已经过数年运行考验。
3  锰钢和碳钢厚壁管之间的角焊
锰钢和低碳钢都属可焊性较好的钢种，但因为是大管径、厚壁、异种钢的角焊，且用于高温高压锅炉，焊缝缺陷将威胁到机组的安全运行。
广西合山电厂6号炉为DG410/100-3型。汽包材料19Mn、外径1780mm、壁厚90mm。汽包4根集 中下降管管座材料为20号钢，管外径467mm，管壁厚80mm。该炉1978年投运后到1994年大修时累计运行62816h。
1982年首次发现汽包集中下降管一管座角焊处有一面积28×12mm2、深约90mm的面状缺陷。后与制造厂共同检验、判断为未熔合。根据JB1152-81，该缺陷尚未超标。1985年复检，该缺陷无变化，但在相距15mm处又发现一17×13mm2面状缺陷，按JB1152-81仍未超标。在以后的测试中，两缺陷端点的距离逐年减小，至1994年大修探伤发现，两缺陷相邻端点的探伤回波相互覆盖，显示为1个面状大缺陷。改变探头晶片尺寸、频率和入射方式等进行核查，也证明两个已并成1个缺陷。缺陷面积约55×22mm2，距探面深(86～96)mm，是一条朝向汽包壁厚方向的裂纹。
裂纹产生和扩展的原因，首先是制造<