300MW鍋爐再熱蒸汽熱段焊縫缺陷的補焊修復

摘 要：針對某電廠300MW鍋爐再熱蒸汽熱段焊縫出現兩處超標缺陷的問題，分析了A335P22鋼的焊接性能，并著重介紹了超標缺陷的挖除、坡口制備、無損檢測確認缺陷消除、焊前預熱、打底氬弧焊的工藝規范、打底氬弧焊的后熱處理、無損檢測確認打底氬弧焊的焊縫質量、電焊填充蓋面工藝規范、焊后熱處理、焊后無損檢測等各道工藝流程，通過嚴格執行，取得補焊修復檢驗合格的效果，也證明了該補焊修復工藝適用于A335P22鋼焊縫缺陷處理，可有效地保障焊接質量。

關鍵詞：A335P22鋼；再熱熱段；焊縫；缺陷；補焊

引言

某電廠#9鍋爐為DG1025/18.2-Ⅱ（4）型，其為亞臨界參數，一次中間再熱、自然循環、單爐膛、全懸吊露天布置、平衡通風、燃燒系統四角布置、切圓燃燒、固態排渣燃煤汽包爐。在2014年大修中對高溫再熱器熱段（規格為：Φ557.6*24.8mm，材質為A335P22）焊縫進行超聲波檢查發現，高再熱段第#5道焊縫出現兩處超標缺陷，編號為Q1和Q2，超聲波檢測顯示缺陷指示長度分別為25mm和40mm，缺陷埋藏深度分別為20.5mm和21.3mm，缺陷反饋最大波幅分別為為SL+10db和SL+2db，缺陷質量等級均為III級，缺陷具體位置如圖1所示。高熱再熱器管道是發電機組鍋爐的重要承壓、高溫汽水輸送部件，此超標缺陷如不得到及時或合理處理，容易造成缺陷的進一步擴大，進而出現裂紋缺陷乃至引起高再蒸汽管道的爆裂，以致發生重大設備或人身事故損失，后果難以估計，必須要給予高度重視。所以，需要認真分析研究A335P22鋼的材質的特性，如化學成分、焊接性能、熱處理要求等，仔細制定科學合理的挖補修復工藝，完成對再熱蒸汽熱段超標缺陷焊縫的補焊修復工作，保證高溫再熱蒸汽管道的可靠、安全工作，夯實鍋爐可靠運行基礎。

1 A335P22鋼的焊接性能分析

A335P22鋼屬于符合美國ASME的鐵素體合金熱強鋼，相當于德國的10CrMo910，常用于570℃的受熱面管道或抗氫損傷設備。A335P22鋼的化學成分和常溫力學性能分別如表1和表2所示。

依據國際焊接協會（IIW）推薦的碳當量計算公式Ceq=C5+（Mn/6）+[（Ni+Cu）/15]+[（Cr+Mo+V）/5]*100%，計算可得Ceq=0.886%，遠大于0.45%的鋼淬硬敏感界線。因為鋼中Cr、Mo元素含量較多，大幅度提高了鋼的淬硬性，尤其是管道規格尺寸大，相對冷卻速度較快，致使熱影響區冷卻速度快，較易形成馬氏體含量較多的淬硬組織。

而依據冷裂紋敏感指數Pcm=（Cr%）+（Cu%）+2（Mn%）+10（V%）+7（Mb%）+5（Ti%）-2，可得Pcm=2.86>0，可見A335P22鋼有著較大程度的焊接冷裂傾向，并且由于管道規格較大，相對冷卻速度快，焊縫焊接時將會受到較大的熱應力作用，不利于焊縫中擴散氫的逸出，以致焊縫在焊接過程中容易產生冷裂紋，在消除應力過程中則較易產生再熱裂紋，因此，在施焊的時候，為了避免產生冷裂紋和再熱裂紋，要特別注意先進行合理的預熱處理，在焊接過程中則要嚴格控制好焊接層間溫度，而焊后需要及時進行焊后熱處理[1]。

2 補焊修復工藝

依據A335P22鋼宜產生冷裂紋和再熱裂紋的特點，我們決定采用挖補的方法，采用鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面的方法補焊修復焊縫超標缺陷，通過規范焊接工藝規范，嚴格控制熱處理工藝以降低焊接殘余應力以及增強焊縫擴散氫的逸出，改善焊縫及熱影響區組織與力學性能。

2.1 裂紋挖磨去除及坡口制備

確認超標缺陷所在位置后，依據檢測報告示意圖采用手持式砂輪機進行缺陷的挖磨去除作業，在挖磨過程中輔助以磁粉滲透和著色檢查，直至確認缺陷已全部消除，并注意挖磨的深度和寬度在檢測報告的深度和寬度上稍微增加4-5mm，確保完全去除所檢測出來的超標缺陷。挖磨找到缺陷如圖2所示，可見兩處缺陷均其為白色的夾渣點。

通過磁粉滲透和著色檢測確認完全去除了缺陷后，根據圖3所示的尺寸要求進行坡口制備，并注意清理坡口及邊緣10-20mm范圍內的油、漆、垢、銹直至發出金屬光澤。

2.2 焊前熱處理

為避免產生焊接冷裂紋，在氬弧焊打底焊接前必須對坡口及坡口兩側不小于3倍的管壁厚度區域采用電加熱的方式進行預熱處理，保障加熱溫度梯度的平穩。預熱的溫度為250-350℃，而預熱升溫的速度應小于或等150℃/h，采用熱電偶的方式測溫，當管道外壁的溫度升至預熱溫度后，應保溫2小時，確保坡口根部的溫度達到預熱及焊接工藝要求。

2.3 焊接工藝規范

為了保證焊接質量，在進行鎢極氬弧焊打底焊接時，采用Φ2.5mm的TIG-R40焊絲，采取多層多道焊的方式，控制層間溫度在200-300℃，并在焊接過程中逐層檢查清理層間焊縫的缺陷，經過自檢合格方可進入下一層焊縫的焊接，并確保氬弧焊打底焊接的焊層厚度不小于3mm。其中，氬弧焊打底焊接的參數如表3所示。

而且，為了更進一步地確保打底焊接的質量，以及汲取大規格管道打底焊接后馬上繼續電焊蓋面以致后來才發現打底焊接有缺陷造成返修工作量較大的經驗教訓，我們嚴格管理焊接工藝流程，決定在氬弧焊打底焊接完成后，先做去氫處理，加熱打底氬弧焊區域及熱影響區至300℃，并恒溫2個小時，而為了檢測有無產生冷裂紋和再熱裂紋，在至少12個小時后才進行磁粉與著色探傷檢查，確認超標缺陷已消除、打底氬弧焊層焊接質量合格后才允許進入下面的手動電弧焊蓋面作業。而手動電弧焊在填充、蓋面焊接的時候采用Φ3.2mm的R407焊條，嚴格進行多層多道焊接方式，并注意控制層間溫度不高于400℃，控制在200-300℃，尤其要仔細檢查、清理層間焊縫缺陷，必須清理可見缺陷，防止氣孔、夾渣、咬邊等缺陷的產生。其中，電焊蓋滿面的參數如表4所示。

其中，特別要注重控制合適的焊縫層間溫度，因為其對減小焊接線能量、降低焊縫應力水平、防止出現不良金屬組織、控制焊接變形具有十分重要作用。且為保證焊接后續焊道時，對前一焊道有回火作用，控制每道焊縫的厚度在3mm以內，可有效防止氫含量的逐層累積以及產生的彎曲變形而帶來的根部應力集中[2]。

2.4 焊后熱處理

在電焊填充蓋面完畢并檢查合格后，必須馬上進行焊后熱處理。熱處理時，要求加熱寬度：從焊縫中心算起，每側不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm；保溫寬度：從焊縫中心算起，每側不小于管子壁厚的5倍，以減少溫度梯度；溫差控制：熱處理的加熱方法，應力求內外壁和焊縫兩側溫度均勻，恒溫時在加熱范圍內任意兩測點間的溫差應低于50℃。厚度大于10mm時，應采用感應加熱或電阻加熱。測溫點布置：進行熱處理時，測溫點應對稱布置在焊縫中心兩側，且不得少于兩點。水平管道的測點應上下對稱布置。熱電偶與加熱元件間應接觸良好，固定可靠。焊后熱處理時，升溫速率應≤150℃，恒溫溫度為720-740℃，恒溫1.5小時，焊后熱處理工藝曲線如圖4所示：

如果因施工原因，焊接工作未完，被迫中斷或焊接工作完成之后，不能立即進行焊后熱處理時，應做去氫處理，去氫處理規范為升溫至300℃恒溫2小時。

3 焊接質量檢驗

首先，對熱處理后的補焊修復焊縫進行100%外觀檢查，檢查有無夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等明顯缺陷；其次，依據JB/T4730.3-2005，對熱處理后的補焊修復焊縫進行100&超聲波、磁粉以及著色檢測，沒有發現超標缺陷，合格等級為1級；最后，用硬度計檢查焊縫、熱影響區以及母材的硬度，也無發現超標缺陷。補焊修復后的焊縫如圖5所示。

4 結束語

依據A335P22鋼的焊接性能以及容易產生焊接冷裂紋與消除應力時易產生再熱裂紋特性，特別注意編制焊接工藝卡，規范焊接作業過程，尤其重視超標缺陷的挖除、坡口制備、無損檢測確認缺陷消除、焊前預熱、打底氬弧焊的工藝規范、打底氬弧焊的后熱處理、無損檢測確認打底氬弧焊的焊縫質量、電焊填充蓋面工藝規范、焊后熱處理、焊后無損檢測等各道工藝流程，嚴格控制焊接層間溫度，嚴格按照焊接工藝規范要求進行施焊作業，有效地保障了對再熱蒸汽熱段第#5道焊縫兩處超標缺陷的去除以及補焊修復工作，取得了焊接合格、無損檢測合格、熱處理合格的良好效果，大修后至今運行良好，有效地保障了設備的可靠、安全運行，值得參考與借鑒。

參考文獻

[1]劉素，潘金柱，李雙鎖，等.避免A335-P22厚管壁氬電聯焊產生冷裂紋和再熱裂紋的途徑[J].石油工程建設，2010，36（3）：36-79.

[2]曹德輝，戴晟，王金芳.減溫器12Cr1MoVG集箱三通焊接裂紋的補焊修復[J].電力建設，2012，33（1）：109-112.

作者簡介：黃俊杰（1986-），男，漢族，廣東，廣州恒運企業集團股份有限公司，助理工程師，動力工程碩士學位，從事火力發電廠鍋爐設備維護與管理工作。