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300MW锅炉再热出口管道焊缝开裂原因分析
发布时间：2013-09-11 09:16 来源：未知
某热电有限公司2号炉锅炉型号为B&WB．1025/17.5-M．亚临界参数、一次中间再热，固态排渣，单炉膛平衡通风，半露天布置，全悬吊结构，单锅筒自然循环。其再热出口管道设计材质为12CrlMoVG．堵阀设计材质为15CrlMolV．规格为Di508×24.8 mm．设计压力为3.82 MPa，额定温度540℃。2007年12月11日投入运行．2009年11月8日发现其右侧再热出口管道堵阀附近有漏汽现象，于11月9日凌晨2点停炉，累计运行了14079h。
1、宏观检查
漏汽部位为右侧再热出口管道与堵阀后侧焊口，属裂电建安装焊口，裂纹位置为整圈焊缝的上方偏左，裂纹沿熔合线开裂，裂纹目测有两条，一条长100 mm．一条长20 mm．两条裂纹间距约50mm。裂纹表面有氧化，说明已裂开一段时间。管道冷却后对焊接接头表面氧化皮进行打磨，去除表面氧化皮后，两条裂纹中间部位显示出裂纹，两条裂纹合并成一条裂纹，裂纹长约270 mm．裂纹沿焊缝管道侧熔合线或热影响区发展，裂纹开口较大。对裂纹进行打磨消除时可以看出裂纹由外壁向内壁扩展，呈分枝多道并行发展的形态，其中主裂纹已贯穿整个焊缝，裂纹沿坡口方向开裂：主裂纹和并行的小裂纹或在近缝区中扩展，或往焊缝扩展，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；⒛拘伎帕；怪频纳镏士帕Ｈ剂�。
2、资料检查
对电建安装资料检查，此焊接接头热处理曲线、硬度检查及无损检验报告符合标准要求。
堵阀安装位置与设计不符，图纸设计堵阀距离弯头5.519m，实际上堵阀与弯头直接焊接。堵阀与弯头直接焊接而未对支吊架进行改造，此焊接接头应力状况较为复杂，在焊缝上造成较大的附加应力。
3、焊缝的理化分析
(1)光谱检查 对右侧再热出口管道弯头、堵阀及其之间的焊缝进行半定量分析，光谱检验结果中的Cr、Mo、V三种元素含量与设计材质相符。
(2)硬度检查 对右侧再热出口管道开裂的焊接接头进行硬度检查，结果符合标准要求；对右侧其余3道进行硬度检查，结果符合标准要求。
(3)金相分析 对焊缝金属及裂纹附近进行金相分析，观察焊缝处的金相组织为回火贝氏体，组织正常，无明显组织老化现象。
对主裂纹及其附近区域进行金相观察，主裂纹的扩展形态如图3所示。根据主裂纹尖端形貌可见裂纹为沿晶开裂，裂纹沿过热粗晶界面发展，裂纹内充满腐蚀产物，且有并行的小裂纹在主裂纹附近区域沿晶扩展。主裂纹和小裂纹均有断续扩展特征。同时可见微裂纹已经在晶界萌生。
(4)电镜分析 对主裂纹尖端进行扫描电镜观察可见，主裂纹尖端存在裂纹分支（图4所示）。根据图5可见，在裂纹扩展前沿分布着大量孔洞沿晶界分布，部分区域已连通为断续的晶界微裂纹，其方向基本与大裂纹发展方向一致；在三叉交界处，裂纹呈楔形开裂形态，微裂纹相互之间尚未连接。
4、裂纹原因分析
该裂纹是设备在高温运行后产生，因此可以排除热裂纹；裂纹产生的位置是炉外，不存在高温过热。不可能是过热开裂；运行时间短，不存在长期疲劳载荷，也不存在剧烈载荷变化，也不是蠕变和疲劳裂纹；裂纹沿熔合线开裂与裂纹完全沿晶开裂，可以排除冷裂纹。裂纹为沿晶开裂，裂纹位于焊缝熔合线附近的粗晶区内，且有并行的小裂纹在主裂纹附近沿晶扩展。从裂纹的产生部位、扩展类型、金相和扫描电镜形貌等宏观和微观特征判断，该裂纹具备再热裂纹的典型特征。
根据再热裂纹的蠕变断裂理论，在再热过程中将发生应力松驰，随着应力的降低伴随有蠕变现象。在应力和温度的作用下，点阵空位能够运动，当空位聚集到与应力方向垂直的晶界上达到足够的数目时，晶界的结合力遭到破坏而产生空洞。在应力的作用下，它们继续扩大形成裂纹沿晶界开裂。
12CrlMoVG由于含有V这种强弥散强化元素，有再热裂纹的倾向。开裂焊缝处于管道弯头的变向处，且与阀门直接焊接，裂纹处于焊缝焊趾处，受力情况复杂，存在应力集中现象。产生裂纹的焊缝工作温度约540℃，在易产生再热裂纹的温度范围内。再热裂纹产生的三个前提条件：再热裂纹敏感材料、较大的应力、加热到敏感温度，此处裂纹全都具备了。
5、建议
在不改变再热管道的材料及运行参数的情况下，防止再热裂纹的产生方法就只有减小应力，做好锅炉管道支吊架和膨胀情况的检查分析，尽量减小焊接接头的工作应力；通过预热、降低焊接线能量和控制层间温度以减小焊接残余应力；对焊缝成形不理想或存在缺陷的部位进行修补，降低峰值应力。通过以上三方面措施，并在以后的检修中对类似焊口进行重点检查，可以有效的防止裂纹产生。
