再熱蒸汽管道焊制三通裂紋修復

龐琳亞，吳紅濤，馮立中

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州221142）

再熱蒸汽管道焊制三通裂紋修復

龐琳亞，吳紅濤，馮立中

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州221142）

分析再熱蒸汽管道焊制三通裂紋原因，依據實際條件評估應用焊接修復技術消除裂紋、修復管道的優勢，通過理論與實際相結合，對此三通裂紋制定消除、檢驗、焊接、熱處理等修復工藝，嚴格控制各項修復步驟，最終成功修復管道，節省更換新三通的費用，消除機組運行中泄漏爆管的隱患。

再熱蒸汽管道；焊接修復；焊接工藝；熱處理

0 概述

徐州華潤電力有限公司#4機組（300 WM）在一次B級檢修中，發現再熱蒸汽焊制三通的45°支管與主管路焊縫有一處裂紋，并沿著三通筒體母材擴展，長度約150 mm（圖1、圖2）。初步分析該接頭裂紋形成原因，結合管道材質與各項應用參數，并對焊接修復技術的理論與實際應用考察，從而考慮利用焊接修復技術對此管道進行修復，為保證此次焊接修復的質量，采取針對性技術措施，制訂修復方案。在修復過程中嚴格執行各項修復工藝，最終成功消除裂紋，修復了管道，保證了機組安全、經濟、穩定運行。

圖1 裂紋位置

圖2 裂紋形狀

1 焊接修復工藝與裂紋原因分析

1.1 焊接修復定義

焊接修復，就是用焊接的方法，修復設備或部件上的缺陷，使這些失效或帶缺陷設備、部件的性能恢復到標準、規程或規范所規定的范圍，以滿足安全、可靠使用的要求。對失效或帶有缺陷的設備或部件進行修復，主要包括2個方面工作，一是焊接工藝，二是焊接工藝的落實，第一個工作是技術層面的，第二個問題是管理層面的。

技術層面的工作主要包括內容有：缺陷的確定、產生原因的初步分析、構件質量的了解或查詢構件應用環境，焊接工藝的制定、缺陷的去除、焊接方法的選擇、焊接熱處理的考慮、焊接材料的選擇、焊接參數的確定。

管理層面的工作主要包括內容有：焊接工藝措施的貫徹，一是焊接、熱處理人員對焊接工藝措施的執行力度、理解程度等；二是焊接質量檢驗人員、金屬監督等人員的監督。

1.2 缺陷基本情況

4#機組再熱蒸汽管道設計壓力4.47 MPa，設計溫度545℃，三通材料為P22，圖紙標注規格為Φ752.04 mm×35.8 mm（主管）/ Φ563.6 mm×27 mm（支管），裂紋位于Y形焊制三通45°支管與主管的焊縫連接處，現場實測裂紋處管道壁厚為74 mm，并且裂紋已延伸至主管母材，通過多次滲透檢測，依據檢測結果初步判斷，裂紋為穿透性裂紋。

1.3 裂紋產生原因

此裂紋位于三通主管與支管45°夾角焊縫處，此焊縫為廠家制造焊縫，初步判斷為由于存在焊接缺陷，經過長時間時效，由于內應力的存在，在高溫下運行一段時間，在缺陷尖端形成裂紋源，造成三通母材貫穿性開裂。

2 修復工藝

2.1 焊接修復基本流程

三通材料和缺陷檢測→管道固定（垂直方向）→清除裂紋→坡口面加工→坡口質量檢查（外觀、光譜、著色、硬度）→預熱→按工藝施焊→焊后整體熱處理→焊后檢驗→報告資料。

2.2 三通材質和缺陷檢測

缺陷去除前對三通裂紋周圍200 mm范圍內的表面打磨光滑，露出金屬本色，粗糙度滿足檢測要求，然后分別進行著色探傷、缺陷內部超聲波掃查，探測裂紋深度；對三通材料進行光譜復驗、表面硬度檢測，針對裂紋缺陷附近，應進行仔細光譜復驗、表面硬度檢測及著色探傷。

2.3 管道固定

為了避免在裂紋去除過程以及施焊過程中，缺口應力增加，裂紋清除前，對三通附近管道進行固定。采取鎖死彈簧吊架固定銷及增加臨時結構框架的方式對管道進行適當固定。

2.4 清除裂紋

清除裂紋先采用汽刨法把裂紋去除到將近母材根部，然后用角磨修磨坡口及清理根部，防止焊渣鐵渣進入管道（圖3）。清除裂紋邊修磨邊檢查，直至裂紋完全消除。

2.5 坡口加工

（1）坡口加工采用機械方式，結合裂紋清除過程自然修磨形成焊接坡口，坡口形式及坡口角度，以便于施焊和盡量減少填充金屬量為原則。坡口形式既可以是對稱的U形、雙V形，也可以是不對稱的U形、雙V形，根據實際情況定，最終坡口加工為不規則的V形（圖4）。

（2）坡口加工完成后，應對坡口面進行表面無損檢測驗收，確認沒有裂紋、分層、夾雜、氣孔等缺陷。

2.6 焊接修復工藝關鍵參數及要求

（1）焊接方法。采用手工鎢極氬弧焊打底電弧焊蓋面工藝。（2）焊接材料。填充焊絲采用TiG-R40，焊條采用R407。2.7

焊接前準備

（1）焊絲在使用前用砂紙清除表面的鐵銹、油、垢、漆等雜物，焊絲、焊條焊前光譜檢驗，光譜檢驗合格。

（2）鎢極采用鈰鎢棒，鎢極的一端打磨成圓錐型。

（3）氬弧焊所使用的氬氣純度應達到99.99%以上，含水量≤50 mL/m3，焊前要試驗氬氣純度和流量。

2.8 其他

缺陷清除及焊接前確認現場管道水平段受力情況以及支吊架受力情況；為防止管道位移及缺口應力增加，缺陷清除及施焊前將三通附近的管道進行可靠固定；焊口組對前應將坡口表面內外壁10～15 mm范圍內的油、漆、銹、垢及雜物清除，露出金屬光澤。

3 焊接工藝參數

（1）采用小焊接工藝參數，有利于細化晶粒，改善接頭組織，提高沖擊韌度，減小焊接殘余應力，工藝參數見表1。

圖3 裂紋消除

圖4 坡口加工

表1 焊接工藝參數

（2）預熱與層間溫度。預熱溫度為150～200℃，預熱范圍為焊口中心兩側各≥3倍的壁厚且≥300 mm，預熱方式為電加熱法，測溫方式采用自動記錄儀具體如圖5所示。

4 焊接修復操作工藝

（1）鎢極氬弧焊打底前把焊口預熱150～200℃恒溫1 h后鎢極氬弧焊打底時，采用接觸引弧，焊嘴與焊件表面間距≤10 mm，提前送氣，滯后停氣，收弧采用減小焊接電流或減慢焊速多加焊絲法完成。

（2）采用多層多道不擺動焊接，要保持層間溫度熱處理采用跟綜預熱。每層厚度≤4 mm，并逐層進行認真清理檢查，經自檢合格后方可進行其余層的焊接直至完成，如有缺陷應立即鏟除重焊。焊接中應特別注意接頭和收弧的質量，多層多道焊的接頭應錯開；運條到坡口邊緣時充分熔合，避免出現死角，熔渣全部清除干凈，防止坡口邊緣產生未熔合帶夾渣的缺陷。

（3）為確保焊接質量，采用2名合格高壓焊工交換焊接，焊接時，將焊口一次完成，使焊件始終保持在一定溫度（一般為預熱溫度），注意起弧、收弧質量，應在坡口內兩側處引弧，并在收弧時將弧坑填滿，不允許在焊件上任意打弧。焊接過程中，層間溫度應不低于預熱溫度，且≤300℃，焊接過程連續完成，焊縫完成后保證焊縫邊緣圓滑過渡到母材；考慮到焊縫重疊，采用短道管縫焊接初始焊接焊縫處過渡母材（圖6、圖7）。

（4）焊后緩冷和焊后熱處理。焊縫焊后，立即重新包扎加熱帶熱電偶應放在焊縫上。用石棉布覆蓋焊縫及近縫區。整個焊接熱循環曲線如圖5所示。①熱處理升降溫速度按752.04/（壁厚/ h）計算（℃/h）且≤80℃；②溫度降到300℃以下時，斷電隨爐冷卻；③熱處理的加熱寬度從焊縫中心算起，每側不小于管子壁厚的3倍，且≥60 mm；④熱處理的保溫寬度從焊縫中心算起，每側不小于管子壁厚的5倍，以減小溫度梯度，保溫厚度必須＞50 mm；⑤熱處理應采用電腦自動控溫柜遠紅外加熱法，加熱時應使內外壁及焊縫溫度均勻；⑥熱電偶測溫點應分步在焊縫上，熱電偶提前送委托方校驗；⑦熱處理過程若被迫中斷，應及時采取緩冷措施，返修后的焊口必須重新進行熱處理；⑧P22管道焊縫熱處理溫度為720～750℃，保持時間3.5 h；⑨返修后的焊縫必須重新進行熱處理；⑩熱處理工序流程圖：施工準備—熱電偶、加熱器綁扎—開機—升溫—恒溫—降溫—關機—拆卸設備—清理現場—自檢—驗收—記錄曲線及報告。

圖5 焊接熱循環（含熱處理）曲線

圖6 焊接過程

圖7 焊接完成

5 焊接質量控制

5.1 焊接質量檢驗

（1）焊接接頭實行三級驗收制度，采用自檢和專檢相結合的原則。

（2）焊接前、焊接過程中、焊接后應進行全過程監督檢查，焊縫表面不應有氣孔、夾渣、裂紋、未熔合等缺陷，表面不規則狀態在底片上的圖像不應掩蓋內部缺陷，否則應做適當的修磨，修磨采用機械方法。

（3）外觀檢查不合格的焊縫，不允許做其他項目的檢驗。（4）無損檢測：UT，MT、光譜、硬度分別100%。

5.2 焊縫返修

（1）首先應查明返修原因，缺陷的部位、深度、缺陷性質等，返修后的焊縫還應按原熱處理、檢驗規定重新進行。

（2）需要補焊才能消除的缺陷應按補焊修復的相關規定進行。（3）焊口返修宜采用機械方法清除缺陷。

（4）返修焊口的焊接工藝應與原焊接工藝相同，返修焊口預熱時應取預熱溫度的上限。

5.3 質量標準

（1）焊縫邊緣應圓滑過渡到母材，高度和寬度均勻，余高及余高差均應在0～2 mm，焊縫寬度不應超過坡口邊緣4 mm（每側2 mm），寬窄差≤2 mm。

（2）不允許有咬邊、氣孔、夾渣、裂紋、未熔合等缺陷。

（3）質量驗收標準執行DL/T 869-2012。

（4）射線探傷工藝標準按DL/T 821-2002規定執行，II級合格。

（5）超聲波探傷工藝標準按DL/T 820-2002規定執行，I級合格。

（6）表面探傷工藝標準按JB/T 4730-2005規定執行，I級合格。

（7）硬度檢驗時至少應檢驗3點，即母材、焊縫、熱影響區；硬度超標的焊縫應重新進行熱處理，過熱的焊縫，除非可以實施正火熱處理工藝，否則，應割掉焊口，重新焊接。

（8）焊縫焊接完畢必須經光譜分析復核合格，否則挖除焊縫，重新焊接。

6 結束語

通過焊接修復技術理論支持，結合對此再熱蒸汽焊制三通的裂紋原因分析，采取針對性技術措施，制訂完善的修復方案，并在修復過程中嚴格執行各項修復工藝要求，最終成功消除裂紋，修復了管道，省去了重新制造、更換此三通的各項費用與時間，提高了機組安全、經濟、穩定運行效益。焊接修復操作工藝簡單、靈活和適用范圍廣泛，在工程結構的修復中發揮的重要作用，取得了顯著的經濟效益。

〔編輯凌瑞〕

TM621.4

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.16