超临界机组主汽阀裂纹原因分析处理

梁基恒，王大文

（1.神华国华广投（柳州）发电责任有限公司，广西 柳州 545600；2.河海大学，江苏 南京 210000）

1 汽轮机主汽阀裂纹概况

某公司#1机组是由哈尔滨汽轮机有限公司生产的超临界、一次中转再热、单轴、三缸四排汽、冲动凝汽式汽轮机，此机组为超临界机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限公司制造的C350/250-24.2/1.6/566/566型汽轮机，是抽气凝汽器式汽轮机。主汽最高温度566℃，压力最高压力能达到24.2MPa。主汽阀材质为ZG1Cr10MoWVNbN，厚度500mm，该材质为新开发的马氏体耐热钢，其最高许用温度能达到600℃，最高许用压强27MPa，具有抗高温腐蚀和氧化性等特性，常用于超临界机组。

该机组在运行时间1635小时过后，经过对主汽阀进行拆卸及逐步目视检查，发现阀体内表层有一条微小的划痕，长度约60mm，经进一步着色检查发现此划痕为裂纹，并对表面裂纹进行逐步打磨后着色检查，确认该裂纹长度170mm，深度50mm，裂纹的形状为弧形。具体形状如图1、图2所见。

图1 主汽阀表面微小裂纹

图2 打磨干净后进行测量长度

2 材料说明

该阀体材质为ZG1Cr10MoWVNbN，其主要化学成分和力学性能如表1、表2。

3 裂纹形状分析

从形状分析，该裂纹为弧形，长度170mm，深度50mm，表面初始裂纹长度为60mm，呈现为表面裂纹长度短，内部长度大，经查阅该电厂基建时期的第三方检验报告，发现该主汽阀内表面无表面缺陷。可以分析该裂纹为内部裂纹，在铸造过程中或者热处理工艺上的工序上产生裂纹，在高温高压的长期运行下，随着机组的负荷变化，温度参数发生变化，内部裂纹的膨胀系数不一样，导致裂纹由内部往外表面逐渐扩张，扩张至外表面过程呈现为一个梯形。图3为裂纹扩展示意图。

表1 ZG1Cr10MoWVNbN的成分质量分数

表2 ZG1Cr10MoWVNbN的力学性能

4 裂纹修复

在经过厂家与多位专家的分析与判断，对裂纹的修复采用冷焊方式，焊接完成后进行保温缓冷至室温，并对焊缝表面进行打磨后，着色检查。具体方法如下。

图3 裂纹扩展示意图

（1）裂纹清除：裂纹清除采用旋转锉进行打磨，打磨过程中不断进行着色检查，是否有新的裂纹形成；确保裂纹已全部清除干净后，在两侧打上止裂孔，防止产生新的裂纹。

（2）焊前准备：采用钢丝刷清除坡口处内部及附近的油污与锈迹，再用丙酮对补焊区域200范围进行清洁，去除油、脂等杂物，避免焊接时杂物进入焊缝，影响焊接质量。

（3）焊条准备：焊材选用NiCr-3，规格Φ3.2mm。焊前进行焊条烘干处理，保温1小时，现场修复补焊前将焊条放入保温桶，随用随取。

（4）焊前预热：采用氧-乙炔中性火焰进行预热，焊前预热温度为：200～300℃，均匀预热；乙炔火焰距离工件10mm以上，预热过程中使用测温仪进行温度测量，测量过程中测温仪不得停留，预热温度尽量维持在300℃，预热完成后马上进行敷焊，敷焊层焊接时随时用红外测温仪检测预热温度，当温度小于200℃后立即进行火焰加热，待温度达到预热温度后，方可继续施焊。

（5）修复补焊：为控制焊接不黏性及减少输入量和热影响区，焊接时在保证熔接良好情况下采用小电流，电流为90～160A。①敷焊：沿整个坡口表面敷焊，敷焊层厚度约3～5mm。敷焊时直道运条不作横向摆动，采用连续焊接，后焊道压先焊道1/3～1/4，收弧时将弧坑填满（如图4）。敷焊层焊接完成后用保温棉覆盖保温缓冷，冷却至室温后进行着色检查，检验无裂纹后进行正式焊接。②正式焊接：敷焊后，在工件温度达到室温后施焊，整个焊接过程层间温度控制≦50℃。在焊好每一层后，立即采用锤击方法减少应力，锤时先锤焊道中间部位，往两侧延伸锤击，并紧凑整齐，避免重复。锤击时锤压维持在0.25～0.45MPa。

（6）检验：焊接完成后对焊缝进行打磨至光滑，然后进行着色检查，（如图5）一级合格。

图4 裂纹处理结果

图5 打磨着色结果

5 结语

（1）经过该方法进行裂纹焊接修复、打磨和着色渗透后，裂纹已彻底清除。机组在连续运行5000小时后未发现有异常缺陷。

（2）本次裂纹修复方法主要针对ZG1Cr10MoWVNbN材质的超临界主汽阀进行的，利用冷焊方式进行焊接，是针对主汽阀为铸钢材质特点，在后焊道压先焊道1/3～1/4，并且焊接后对焊缝进行锤击，有利于把焊缝上的多余应力释放，减少焊缝因应力产生裂纹。

（3）通过检验，此修复方法操作简单、焊接后质量可以得到保证，该方法适合ZG1Cr10MoWVNbN材质的阀门，完全可以为同类型机组或同材质阀门裂纹修复提供借鉴。

6 后续工作

在机组运行过程中通过对参数负荷的变化进行记录，机组停运时，对该主汽阀修复部位进行着色复查，与参数负荷形成对比及记录，加强监控管理。