锅炉集汽集箱连接管道裂纹缺陷分析

锅炉集汽集箱连接管道裂纹缺陷分析

宣婷,黄祎,郑杰

西子清洁能源装备制造股份有限公司， 浙江 杭州 310021

摘要：现如今，我国是市场经济迅猛发展的新时期，通过对某单位一台蒸汽锅炉高过出口集箱至汇集集箱连接管道环向对接接头进行磁粉检验时发现的裂纹进行分析，初步提出了造成该缺陷的原因。并对防止该类缺陷的发生，提出了相关预防措施。

关键词：连接管道；裂纹；缺陷

引言

目前我国火力发电厂主力机组为超临界、超超临界参数600MW级机组，现安装以超超临界参数600MW级机组为主，一般蒸汽压力大于25MPa，主蒸汽温度高于580℃，主汽管道具有口径大、管壁厚、材质高等特点，因此对主汽管道的焊接质量有着极为严格的要求，因此，控制好主汽管道的焊接质量是火电厂四大管道安装的关键。某单位一台XN-50/5.3-Ⅲ蒸汽锅炉，蒸汽压力为5.3MPa，额定蒸发量50t/h，蒸汽出口温度485℃，现已投用4年。此锅炉为使用单位自备电厂使用，每年工作时间约5000小时。使用单位经常根据生产需求，对锅炉进行启停，运行情况良好。对于主蒸汽管道焊接质量控制主要从施工前准备、施工过程及焊接过程、热处理过程及完工后检查几个方面进行。

1缺陷性质及成因分析

经过对现场实物缺陷的取样分析（国家钢铁研究院报告2009钢测Z字第60号），该缺陷属于高合金钢在冶炼过程中产生的非合金化合物夹杂，主要成分是氧、硅、锰、硫、铝、少量钙以及硼，有片状和颗粒状两种形态，大的颗粒状夹杂物为铝的氧化物，片状层为硫化物和锰硅酸盐，同时有很多小的BN颗粒夹杂。分析结果表明，高合金钢P92铸件中的硅酸盐、锰酸盐以及氧化铝、氮化硼夹杂主要集中在帽口区域；如果去除不干净，就会在后续加工、特别是垂直积压轧制过程中因为延展、破碎而形成断续夹层，同时由于轧制过程中杂质周围金属的焊合，最终形成在正常的P92回火马氏体组织上，形成一层絮状、蜂窝状夹杂层。

2连接管道裂纹预防措施

2.1锅炉操作控制

锅炉的生产质量控制主要是对制作工艺的要求。焊接过程中加强自检，有超标缺陷，及时消除处理。其次，管件组对时应保持同心，严禁强制对口、以避免产生较大的应力。最后，锅炉定期检验或者检修时，加大对重点部位（高温高压）金属监督力度，做到及时发现缺陷，并及时处理缺陷。在设备制作过程的一点疏忽都会造成整个锅炉在之后的使用过程中出现危害锅炉安全的隐患。只有在出厂的时候，控制住锅炉的质量，才能最大限度减少问题的产生。生产人员要按照锅炉生产的工艺流程操作，杜绝生产过程中的过失出现。认真审视锅炉生产过程中的工艺图纸，依据正确的比例进行产品的制造。生产单位也要在工艺管理制度上明确程序文件的相关规定，保证有明确的依据来指导工艺流程的正常运转。

2.2焊接

管子焊接时，先检查管子两端封闭是否已完成，防止管道内产生穿堂风。打底采用钨极氩弧焊，二人对称焊接。当充氩纯度达到要求时开始氩弧焊，打底时一个焊工操作，另一个焊工在对面仔细检查，确保打底层不出现内凹、焊瘤、未熔合、未焊透、根层氧化等缺陷。氩弧焊打底的焊层厚度不小于3mm，以防电弧焊盖面时击穿。氩弧焊打底完成后，应及时进行次层焊接，以防产生裂纹。焊接采用多层多道电弧焊，焊条直径以4.0mm为宜，逆变焊机的电流控制在120～160A，电压控制在22～25V，单层焊道厚度原则上不超过焊条直径，焊道宽度原则上不超过焊条直径的4倍，层间温度不宜超过250℃，并逐层进行检查清理，合格后方可焊接次层，在焊到20mm左右停止焊接，委托NDE项目进行100%射线检验，检验合格后再按工艺要求继续施焊。施焊时应注意焊条角度，层间接头要错开，收弧时要填满弧坑，以防产生弧坑裂纹。

2.3接入弹性弯前后接管工质流量和壁温变化情况评估

根据流体力学和传热学得知，在直管中接入一段弯管，将增加该接管中工质流动的阻力，降低管中工质流动的速度和减少管中工质的流量，因此导致管壁温度有所升高。

2.4坡口清理及对口

在对口组装前用砂轮机或钢丝刷将焊口每侧宽各为10～15mm的表面及附近母材内外壁的油漆、垢、锈清理干净，直至露出金属光泽，检查清理范围内有无裂纹、夹层等缺陷，并检查和防止异物进入焊口。进行对口，对口时的点固焊应由具备相应焊接资格的焊工进行，其焊接材料、焊接工艺等应与正式施焊时相同。采用3～4块楔形块（材料与母材尽可能相同）均匀点焊固定，点焊时采用氩弧焊，必须在氩弧打底结束后才能去除楔形块，且不应损伤母材，同时将残留焊疤清除干净、打磨修整。楔形块点固焊如图1所示，要求做到内壁齐平，局部错口值不大于管壁厚δ×10%，且不大于1mm。对接管口端面应与管子中心线垂直，其偏斜度Δf≯2mm，间隙2～4mm。严禁用强力、热膨胀法对口，以防引起附加应力。

2.5检验处理

常规探伤方法此前已经被证明对此类缺陷检出率极低，无法满足安全要求。在此情况下，查找对比了电力标准、ASTM标准、威曼高登企业标准、以及目前机械行业标准。其中JB4730－2004《承压设备无损检测》第三部分超声波检测中的复合钢板和锻件探伤法，以及ASTM和威曼高登企业标准均是以底波消失或者下降到一定程度时，确认缺陷区域。但是这种探伤方法由于受两个因素的影响比较严重，一是管壁内表面粗糙度，粗糙度的变化会严重影响底波反射，造成误判甚至无法识别，而要对管子内壁粗糙度达到统一，工程现场无法实现；二是探伤人员的人为因素，在底波探伤中很难控制。所以实际操作起来难度很大，这种探伤办法不具备可操作性。经过对该缺陷的性质和成因分析，可判断该缺陷属于夹层，不属于分层，是在回火马氏体机体上分布的一层夹杂。这层夹杂不完全是硅酸盐类非金属化合物，除了氧化铝、BN外，还有蜂窝状框架属于正常的钢材组织。这些条件在超声波特性上的反映是，声波能在一定程度上的穿透该杂质层，但是也有少量的反射，而分层的超声波反射要比这明显的多。所以根据实际情况，会同行业专家制定了有针对性的探伤工艺：根据实物缺陷，采用单晶直探头并把灵敏度提高到适当程度，在特定区域降低速度的超声波探伤方法，结合端面磁粉探伤或者渗透探伤方法，最终有效地解决了这一探伤难题。

2.6磁粉探伤检测

建议在对接管进行改造之前，对被改造接管的角焊缝进行逐根MT（磁粉探伤检测），以及时发现和处理以前可能遗留的角焊缝微裂问题（即管壁开裂但未裂穿问题），确保集箱接管长期安全运行。建议在对接管进行改造之前，对被改造接管的角焊缝进行逐根MT（磁粉探伤检测），以及时发现和处理以前可能遗留的角焊缝微裂问题（即管壁开裂但未裂穿问题），确保集箱接管长期安全运行。

结语

总之，焊接前要做好全面准备，施工焊接过程要贯彻落实相关的技术标准与规范，注意控制好焊接工程在施工作业时的施工质量以及焊接工序的质量，从而全面保证管网运行的畅通。由于锅炉对生产生活的重要性和危险性，平时在工作中，要按照规章制度来操作，确保锅炉的巡查及检修工作。将事故发生几率将至最低，从而更好的服务企业生产生活。

参考文献

［1］GB5310－2008《高压锅炉用无缝钢管》.

［2］JB4730－2004《承压设备无损检测》.

[3]陈东，陈龙，许启山.浅谈管道焊接技术[J].赤子，2012（10）：198.