减温器联箱裂纹焊接修复工艺的改进

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摘要：减温器在锅炉经济运行，额定温度蒸汽的稳定输出，汽轮机的安全运行方面起着举足轻重的作用。减温器联箱产生裂纹，严重危害锅炉及汽轮机的运行，对于发电厂来说，时间就是经济效益，所以采取严密的焊接修复工艺及措施进行现场修复处理，为发电厂争取时间，可以给厂带来非常可观的经济效益。

关键词：减温器联箱裂纹焊接

1、引言

我厂现有东方锅炉厂生产35T/h锅炉两台，四川锅炉厂生产50T/h锅炉两台，这四台锅炉在运行中，通过调整锅炉减温器的水量对锅炉输出蒸汽温度进行调节，从而保证锅炉输送给汽轮机合适、稳定温度的蒸汽。然而，在锅炉运行中，12、13号锅炉减温器联箱出气侧管口，在联箱轴向的中央位置管桥产生一道通透的裂纹，使减温器立即失去功能。由于生产任务重，时间紧迫，在现场将裂纹进行清除后，对裂纹清除位置进行焊补，并经水压试验合格后投入运行，在极短时间内再次裂纹失效，严重困扰锅炉及汽轮机的运行，对完成全年的生产任务造成严重威胁。如在现场的炉顶进行更换减温器，必然产生较大的工作量，花费较多时间，给发电厂造成极大的经济损失。由于减温器联箱由20g、Φ377×25×5720的无缝锅炉钢管制作，产生裂纹位置如图一所示，且20g自身焊接性较好，所以考虑采用严格的焊接工艺进行现场修复。

2、联箱产生裂纹的因素分析

2.1材质方面

由于减温器联箱所用材料材质为20g，厚度为25mm，同时减温器工作时温度在400℃以上，虽然20g自身具有焊接性，冷加工性能都较好，但是高温持久强度低，在焊缝及熔合区易出现热裂纹和液化裂纹。20g属亚共析钢，应变时效引起局部脆化非常严重，特别对热应变时效的影响极为不利，同时20g材质中，对C、S、P脆化钢的元素处理不好，也会增加钢的脆性，如果材质自身组织疏松，晶粒粗大，其脆性也相应增加，最终导致材料的机械性能大大的降低。

2.2结构方面

集气联箱出气管与集箱之间焊接时，如果采用原结构形式，即应力集中程度较大的插入式接头，如图二所示。因20g抗拉强度为400-540N/mm?，屈服强度为235N/mm?。在锅炉运行中，减温器集箱压力为3.7Mpa以上，同时集箱在锅炉运行时出气管口侧呈拉伸应力状态，因集箱壁厚为25mm，使集箱在锅炉运行时呈现三轴拉应力趋势，特别是在焊接缺陷存在位置，如：微裂纹、夹渣等，或管壁内有小缺口处，更容易形成三轴拉应力状态，再有就是接头的严重应力集中，导致整个集箱在锅炉运行中应力集中位置的应力急剧增加，直至达到并超过20g材料的抗拉强度而产生一系列微小裂纹，并在均匀的循环应力作用下，使裂纹扩大而快速发展，直至集箱两管口之间管桥裂透而失效。

3、裂纹修复工艺及措施

3.1 20g的化学成分（如表一），力学性能（如表二）

表一

表二

3.2焊接结构及处理措施

将联箱裂纹处管口进行扩大，由原来Φ42毫米变为Φ50mm，将管口处可能产生的脆化组织及微辉裂纹清除，将联箱管口位置进行清理后开如图三所示的坡口形式。考虑到本厂检修条件的局限性，将联箱与高温过热器管之间用一段材质为20g、Φ57×10×200mm的无缝锅炉钢管相联，联箱与短管相焊时，采用插入式坡口焊，由于极容易产生层状撕裂，因此联箱与短管相联焊接时应尽量避免简单的插入式坡口单面焊，采用开坡口留钝边的单面焊双面成形焊接接头形式，同时，短管与过热器管束相接对焊时，短管对接端由Φ57mm变为Φ42mm，在突变位置采用圆弧进行圆滑过渡，以降低此对接位置因外径突变而产生较大的应力集中，短接管两端采取如图四所示的结构形式。管口之间的孔桥处裂纹先用电弧进行彻底清除，然后将清理位置进行去应力退火，以消除集箱管口位置及裂纹周边位置的点、线缺陷，最后对裂纹清理位置进行机械打磨，并开如图五所示的坡口形式。焊接前，应将坡口边缘热影响区的油、锈、水分等杂质清理干净。焊接后，将管桥之间的焊缝余高进行砂磨，保证与母材表面齐平，同时，短接管与联箱焊接完后应采用圆弧过渡，从结构上最大限度降低应力集中。

3.3焊接工艺方面

3.3.1焊接电源的选择

焊接时，N、H元素进入焊缝的含量受电源种类和极性的影响较大，其中以直流反接电源进行焊接时，进入焊缝中N、H气体的含量为最低（只针对手工电弧焊而言）。故选用直流反接电弧电源，在一定程度上降低由H元素引起氢脆、气孔、冷裂纹及N元素引起的高硬度，低韧性、塑性。

3.3.2焊接工艺参数（如表三）

表三

3.3.3焊接情形及过程

施焊时，施焊人员由厂取得压力容器焊工合格证，多年从事压力容器焊接的焊接工人技师进行施焊操作。首先，用Φ3.2mm焊条进行打底焊。焊接过程中一定要注意观察熔池中的冶金及焊缝填充情形，不能产生气孔，未熔合， 未焊透的情形。打底焊后，用Φ4mm焊条进行填充及盖面焊。焊接过程中，注意保证焊缝的层间温度能较好控制，且不能有夹渣的情形产生，采用短弧焊焊接，控制N、O进入焊缝的含量。焊接速度不能过大，采用焊接速度越大，晶粒主轴的成长方向越垂直于焊缝的中心线，且易出现严重的区域偏析，容易产生焊缝纵向裂纹，同时较大焊接电流使焊接热影响区增大，使焊缝及热影响区晶粒粗大，从而导致焊缝机械性能降低；焊接时也不能选用较小的焊接电流，采用较小焊接电流，不仅不利于有害H的逸出，还有可能产出淬硬组织，由于冷却快，使合元素Si、Mn对除O、S的作用减弱，同样降低焊缝的性能。焊接过程中，还应进行锤击焊缝处理，因锤击焊缝使残余应力降低，提高金属的韧性，还可以很好地除渣，避免产生夹渣。

3.3.4焊后的处理

焊后，尽管是多层、多道焊缝，为更好改善焊缝及热影响区的组织，对焊缝及热影响区应进行一定温度的回火处理，由于20g属亚共析钢，其组织主要为铁素体加珠光体，且温度适宜时，容易产生魏氏组织，降低钢的强度、韧性、塑性。对焊缝位置及热影响区进行0.5-IH、550-600℃的保温，使其组织得到一定程度的改善，此温度既使焊缝及热影响区中的点、线缺陷得到消除，又能使其进行再结晶过程，同时还能消除魏氏组织和细化珠光体晶粒，并且减少淬硬组织。经处理后的焊接接头部位形状如图六所示。

3.3.5焊后检验

焊后对焊缝进行100%表面探伤检查和100%超声波检查，经过彻底仔细的检查后进行水压试验，试验压力标准为P’=1.5p（P’为试验压力，P为工作压力）,保压5min，然而，在我厂的特定环境下，采取P’=1.57p的试验压力，保压10min进行质量检验，没有发现有渗透、泄漏现象发生，试压合格投运至现在，在此焊缝位置没有再次产生裂纹而失效。

4、经济价值

采用改进的严格焊接工艺措施，对减温器联箱裂纹进行焊接修复，仅用两天时间，不仅为厂节约减温器购置费数万元，消除了因更换减温器造成长时间停机、停炉而严重影响我厂发电量的损失，同时也为厂节约了材料及工人费用，为厂一次性创效达数拾万元。

5、结论

采取合理的焊接工艺及措施对减温器联箱裂纹进行处理，不仅保证焊接结构的较高力学性能，使其完全能够满足生产过程中的要求，同时还能给厂带有可观的经济效益。

参考文献：

［1］中国机械工业学会焊接学会。焊接手册第3卷（焊接结构）北京:机械工业出版社，1992

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［3］周振丰、张文钺焊接冶金及金属焊接性北京：机械工业出版社，1980

［4］胡德林金属学及热处理西安：西北工业大学出版社，1994

［5］赵嘉华 焊接检验北京：机械工业出版社，1993