锅炉汽包下降管焊缝缺陷的处理及预防

芦军

文摘：分析火电厂的锅炉汽包下降管焊缝存在缺陷，提出锅炉焊缝的处理措施及办法，分析焊缝缺陷原因提出预防措施。

关键词：汽包;下降管;角焊缝;预防措施;结论

【概况]

一、设备概况

某电厂锅炉是北京锅炉厂设计制造的B&WB-65/3.82-M型锅炉，该炉为二型室内布置单汽包，单锅筒固态排渣，自然循环式的煤粉炉，制粉系统为钢球磨中间储粉仓及热风送粉，正四角直流式燃烧器，省煤器和管式空气预热器各为双级交替布置，汽包内部采用旋风分离器，锅筒内径为1400mm，壁厚38mm，材质20g，锅筒下部采用由四根（D273×8mm集中下降管，过热器汽温调节采用自制冷凝水喷水减温器装置.2004年1月投产。

二、问题的提出及解决办法

2012年11月17日对锅炉进行锅炉外部定检，对汽包下降管焊缝检查：①锅炉左侧第一下降管角焊缝，渗透探伤发现焊缝边缘汽包侧半圈11处断续裂纹，单个长度5-10mm。②下降管角焊缝边缘2-3mm深的整圈凹槽，即应力集中部位。焊缝存有11处断续裂纹，与厂家制造综合工艺处联系。

（1）打磨缺陷：砂轮打磨去除裂纹，注意打磨角度和力度，不要因过度打磨而损伤母材，用角砂轮或锥形小铣刀头均可。应边打边磨边做着色检查，确定无残留缺陷。

（2）凹槽填补焊：如果裂纹打磨深度≥3mm，应与凹槽同时补焊（焊条牌号：E5015，规格φ3.2焊条烘干350℃，1小时焊前放人保温筒），补焊处周围20mm范围内无油锈。焊前预热温度≥100℃，范围：补焊处周边300mm（氧乙炔火焰烘烤，时间不小于1小时，该温度保持到焊接结束）焊接规范：焊接电流在90-121，电弧电压为22-26伏，直流反接。

（3）焊后立即去氢：使用氧乙炔火焰烘烤或电加热到300℃、1小时预热，然后包裹缓冷（裂纹打磨深度小于4mm时不需要热处理）修磨焊道后着色检查。

（4）局部热处理（当裂纹打磨深度≥4mm时），履带式加热片或电热绳、接触式热电偶、温控柜、记录仪、包裹用保温棉，加热范围：焊缝两侧（汽包及下降管）各200mm。保温温度：620℃+15℃，时间1小时。升降温速度：427℃以上≤150℃/小时，降温至427℃以下断电，包裹缓冷。

（5）热处理前后各做一次着色检查。

1、焊缝的处理过程

1.1 下降管座焊缝沿汽包壁表面打磨累计长度达到380mm的弧长。

（1）主要对沿汽包壁椭圆面打磨6-7mm，见图①，经着色探伤后，所有裂纹都已消除。

（2）沿汽包母材打磨2mm，见图②，经着色探伤后，所有裂纹都消除。

1.2 对其它缺陷较轻的部位只打磨2-3mm，经着色探伤后，所有裂纹都消除。

1.3.根据打磨情况（现焊缝处还未进行焊缝圆滑过渡处理），发现裂纹可能焊接未熔合及热应力作用的结果，是否按照北京锅炉厂方案执行？与厂家制造综合工艺处再联系，反馈四条处理意见：（1）将凹陷处补焊到略高于图纸尺寸（1-2mm）。（2）打磨焊道形成圆滑过渡。（3）去氢处理，保持温度：300℃，保温时间：1小时。（4）磁粉或着色检查。

2、焊缝缺陷原因分析

1.焊接工艺上存在问题：主要指锅炉在焊接过程中，出现了未熔合，造成的因素有（1）电流过小，焊接速度过快。（2）施焊中焊条、焊丝、焊炬或火焰偏于坡口一侧，焊接电弧偏吹，使母材或前一层焊道金属未得到充分熔化。（3）坡口或前一层焊道上有油、锈和脏物，焊接时温度不够，未能将其熔化，产生夹层。焊接必须按照焊接工艺指导书执行。

2.锅炉运行过程中，金属材料的工作温度或膨胀系数有差别时，各部分膨胀和收缩会相互约束而产生附加温度应力即热应力，如果温度发生变化，热应力也随之变化，同时伴随着弹塑性变形的循环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂，构件热应力与动态和静态的机械应力叠加在一起发生作用，温度变化速度快，变化的幅度较大时，一次温度循环所形成的热应力就会超过材料的断裂强度，产生裂纹最终形成断裂。

3：锅炉受热不均，导致较为严重的“热疲劳”。“热疲劳”现象在锅炉运行过程中逐渐被重视。“热疲劳”破坏主要有以下特征：（1）宏观特征管子外壁有较厚的氧化层，热疲劳裂纹尺寸较小，呈现两种现象，一种是丛状平行横向裂纹，一种网状裂纹。（2）热疲劳部位取样作金相分析，发现晶界状态对热疲劳强度的影响也很大，沿晶界分布的大块析出相降低热疲劳强度，裂纹易沿析出相扩展。

汽包的温差是形成热应力的主要原因，运行形成汽包温差的现象有：

（1）锅炉在启动期间，汽包蒸发区的水循环尚不正常，汽包上壁与蒸汽接触，点炉初期不切换油枪，水冷壁局部受热不均，水循环不畅。

（2）锅炉停炉降压的过程中，锅炉水位上至+200mm，开启省煤器再循环后，炉水温逐步降低，低温水加速对汽包下壁的冷却，使汽包上下壁温差增大。

（3）M炉带压放水时，按照壓力0.5Mpa放水进行干式保养，开启空气门、排汽门，汽包上壁蒸汽流动快，造成汽包上下壁温差增大。

（4）锅炉紧急停炉后，汽温、汽压降速度快，特别是受热面泄露后，水位无法保持，汽包上下壁温差增大。

（5）锅炉出现紧急冷却时，启动引风机后受热面得到冷却，汽包下部壁温先冷却，汽包上壁逐渐冷却，温差迅速增大，对汽包危害较大。

（6）汽包本身存在设计、制造缺陷，安装保温不好等因素。

5、预防措施

1.熟练掌握焊接工艺的四个环节即（1）环境温度（2）预热要求（3）焊接对材质工艺要求（4）焊缝返修。

2.锅炉升温升压缓慢避免汽包热应力形成，按照规程做好防范措施：

（1）严格控制锅炉上水温度。

（2）锅炉启动或停运，严格控制升温、升压速度加强排污，形成良好水循环，油枪定期轮换，控制汽包壁升温1℃/分钟，按参数滑启、滑停。

（3）停炉后必须紧急放水处理，将汽包压力降到LOMpa，饱和压力低，汽包壁温温差越小，另外，在滑停时将压力降的越低越好。

（4）在锅炉带压放水时，在停炉后不采取任何降温、降压措施，从停炉到压力将至0.5Mpa，需要保持20小时后，带压放水。

（5）锅炉受热面漏泄造成紧急停炉，水位不能维持，最后一次补水将汽包充满水，严禁紧急停炉，采取紧急冷却措施，加剧汽包壁温差增大。

（6）汽包保温不良，按照锅炉保温工艺重新保温。

（7）温度变化幅度增加，材料热疲劳强度下降，破裂所需要的热循环次数会减少;热循环上限温度对热疲劳强度影响很大。若温度变化幅度不大，平均温度提高，热疲劳强度也会降低。高温下应力松弛显著，塑性变形增加高温下塑性变形会促使析出相沿晶界析出的速度加快。氧化和腐蚀环境降低热疲劳寿命。

参考文献

[1]李彦林.燃煤锅炉积灰结渣试验研究与工程应用.石油工业出版社，2001年

[2]周昕.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护中国电力出版社，2004年。