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350MW机组锅炉墙式再热器密封板焊缝裂纹原因分析及改进方法
发布时间：2013-10-17 08:35 来源：未知
七台河电厂装机容量为两台350 MW的汽轮发电机组，其中两台锅炉由哈尔滨锅炉厂引进美国ABBCE公司技术，采用美国ASME规范进行制造，型号为HG-1170/17.4- YM1。2号锅炉在安装结束后进行整体水压试验时，一次汽系统超水压试验一次通过，进行再热蒸汽系统水压试验时，在墙式再热器穿墙管与密封板连接焊缝处产生泄漏，总共进行了三次水压试验，每次在工作压力4.48 MPa附近都有十几根管子在焊缝处发生泄漏，总计泄漏40处。现对墙式再热器管子与密封板处焊缝裂纹产生的原因进行分析，并提出解决办法。
1、原材料检验及焊接工艺
墙式再热器管子材质为15CrMo，规格为∮50、壁厚4mm，密封板材质为20 g，规格为860mm x446 mm x6 mm，每块板开9个∮52的孔，与墙式再热器的管子进行装配，在现场进行焊接。焊接采用E5015焊条，焊接方法为手工电弧焊。
焊接工艺：
a．施焊时最低环境温度均在13℃。
b．焊缝处20 mm范围内的氧化皮、锈等污物进行了严格的清理。
c．焊条经350℃烘干1h并放在保温筒内使用。具体焊接工艺参数见表1。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
2、原因分析
墙式再热器管板焊缝处发生多处泄漏，绝非偶然现象，裂纹出现在管子与密封板角焊缝的热影响区，在管子侧开裂。
对已经泄漏和其它未泄漏的管板焊缝进行外观检查，发现部分角焊缝有咬边现象，咬边长度和深度虽然都在电建规要求的范围之内，但对于角焊缝来说，咬边会产生严重的应力集中，这是产生裂纹的原因之一。
2.1焊接结构
密封板是多块组合，每一块密封板的尺寸为446 mm×860 mm x6 mm，每块板有三排孔，每排有3个孔，两个孔之间的距离分别为152.4 mm和170 mm，两个焊接之间的热影响区不重合，密封板具体图示如图1。
密封板的管孔直径为∮52，而墙式再热器管子的直径为∮50，装配间隙仅为1mm，装配时不是每个管子与管孔的位置一致，因此个别管子与管孔装配存在强制装配现象，这样焊接接头就产生了较大的拘束应力。并且，此角焊缝为工地安装焊缝，焊缝位置不是很理想，因此有一些焊缝的根部融合不好，在根部产生较大的应力集中。两种应力重叠，造成此角焊缝的应力特别大，这是产生开裂的另一个重要因素。
另外，由于墙式再热器管子从墙式再热器联箱出来后经过很短的一段距离就与密封板连接，从水冷壁穿墙而入后，经过很短后的一段距离就折成直角弯，向上延伸，使得墙式再热器管子在密封板处产生很大的拘束应力，此应力没有任何缓解和释放的余地，这是产生开裂的另一个重要因素。
密封板焊缝和墙式再热器联箱以及墙式再热器管子之间的位置关系详见图2。
2.2检验
将现场取下的具有代表性的泄漏管段取样进行金相分析，具体结果如下：
首先将泄漏管段剖开，观察裂纹的宏观形态见图3，裂纹位于焊缝及管材交界热影响区的粗晶区边缘，由管子外壁与焊缝边缘的夹角处起始，直至管子内壁。
根据图4管子母材组织分析，管子母材组织为：铁素体+珠光体+贝氏体（少量），晶粒度为9级，内外壁均无脱碳层，未出现珠光体球化现象，显微硬度HV10为207、218。
从图5裂纹全貌看，裂纹由焊根及管子外壁处，单道断续发展，表现为多条裂纹，短程串接，端部尖细，在裂纹起点附近有多个直径为0.108~0.126 mm的不超标气孔，其边界圆滑，不能引起应力集中。
从焊缝金相组织看，裂纹形态为以沿晶与穿晶的混合状态，焊缝组织为：铁素体+珠光体+贝氏体，管子的近缝区组织为：贝氏体与马氏体的混合组织，裂纹两边热影响区组织的显微硬度HVio为362、362、340、353。
根据微观金相组织分析，裂纹产生于焊缝热影响区，主要在密封间隙发生变化，裂纹在脆性区沿晶及穿晶发展，属于金属材料断裂中的脆性断裂（解理断裂）。
上述现象说明材料在不同的条件下可以显示出不同的破坏形式，最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。温度越低，加载速度越大，材料中应力状态越严重，则发生脆性断裂的倾向性越大。该密缝板板角焊缝应力状态复杂，有三轴应力产生。当出现三轴应力状态下的缺口效应时，就大大降低了材料的脆性，使该处材料变脆。加载速度对材料破坏的影响已由实验证实，即提高加载速度可使材料脆性破坏，其作用相当于降低温度。再热器在进行水压试验时，由于其工作压力是4.48 MPa，超水压试验压力是6.72 MPa，在水压试验时，升压泵的功率很大，使得升压速度很难控制，很可能使升压速度过快，造成加载速度过快，这样就会在焊缝组织薄弱区产生脆断。
3、处理方法
3.1从结构设计上进行更改
改变9个管孔同一块板的结构，改变管孔直径和型式，对水压试验时泄漏的墙式再热器管子进行换管处理时，采用两个半圆对接的型式，使装配应力降低。
3.2注意焊接工艺的控制
焊接时严格按工艺执行，控制焊接电流和电压，避免焊接热输入过大，避免产生咬边。另外，在管子有水的情况下坚决不能进行焊接，以免使氢进入到焊缝中，引起氢脆现象。焊接时焊缝与母材要圆滑过渡，避免应力集中的产生。焊接前的点焊长度大于30 mm，以防止焊点开裂，对于焊接后已经发生变形的焊缝，用火焰加热法消除其焊后残余应力。
3.3尽量避免强制装配，对于实在不能进行装配的管子，要进行热校，热校之后方可进行装配。
3.4合理安排焊接顺序，紧挨着的管孔角焊缝不要依次进行焊接，以免使密封板变形。墙式再热器穿墙管与墙式再热器联箱之间的焊口，穿墙管与密封板之间的焊缝，以及穿墙管进入炉膛后的第一道焊缝，这三道焊缝之间合理安排焊接顺序，不要其它两道焊缝焊完以后，最后改焊接墙式再热器管子与密封板的焊缝，这样，应力全部集中在管板焊缝处。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡瘛�
3.5现场已经泄漏的管子全部进行更换，更换的密封板的结构如图1所示，更换的管子角焊缝按照焊接作业指导书的要求进行检验。
4、结束语
七台河电厂墙式再热器管板焊缝裂纹的产生，与结构设计有关，这种结构不利于现场安装，容易产生严重的焊接拘束应力；另外，安装单位在进行现场安装的时候，进行了强制装配，在管板角焊缝进行焊接的时候，产生了很大的应力集中，安装单位对装配和焊接时产生的应力集中，没采取有效措施进行消除。但是通过选择合理的焊接顺序和正确的焊接工艺，完全可以消除该种裂纹。目前该锅炉已经通过168 h满负荷试运行，没有出现一处裂纹。
