某電廠再熱蒸汽管道焊縫缺陷原因分析及修復

李鵬厚，張野

（徐州/銅山華潤電力有限公司，江蘇 銅山 221100）

某電廠2#機組為320MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠DG1025/18.2-II（4）型，汽輪機為上海汽輪機廠引進美國西屋技術制造的技術型號為C320-16.7/538/538，亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機，機組1997年5月投產，2#機組投運以來經歷了11次C級檢修，機組運行小時接近16萬小時，按照DL/T438《火力發電廠金屬技術監督規程》的要求，對再熱蒸汽管道大口徑焊口進行監督檢查，超聲檢測發現，汽輪機廠房6.3m再熱器蒸汽管道熱段三通后第一個焊縫存在超標缺陷，本文對其產生原因分析、處理進行闡述。

1 A335P22材料介紹

A335P22鋼是美國ASME標準中適用于高溫、高壓高參數下的一種珠光體耐熱鋼，抗氧化性和耐熱比較好，在國家“十一五期間”大批量投產的亞臨界機組主汽管道大都采用A335P22鋼，此類鋼屬于比較成熟的鋼種。但是，這種鋼具有冷裂傾向和在熱裂紋傾向，大口徑厚壁管道焊接，管道壁厚較厚、剛度大、拘束力大等因素，引起裂紋的傾向性大。

2 檢驗過程

2020年5月對電廠2#機組再熱器蒸汽管道熱段（規格為φ561mm×25mm，材質A335P22）焊縫進行全面檢查，在標高6.3m第一個三通后第一個環縫發現超標缺陷，超聲波檢測缺陷波幅RL+22.5dB，深度H=15.5mm，長度斷續約220mm（如圖1～4）。

圖1 三通位置

圖2 缺陷位置

圖3 缺陷波幅顯示

圖4 缺陷在焊縫的位置

3 缺陷處理過程

采用挖除缺陷然后補焊的方式進行處理此焊口的超標缺陷，在挖補前，對需要挖補的焊口附近管道進行加固，以防止在挖除、焊接和熱處理過程中產生變形和其他應力，造成缺陷擴大或產生新的缺陷。在挖出缺陷時，開始用角磨機挖除，待挖至15mm深度時，采用鉸刀進行挖除，同時，挖一層進行一次PT檢測，直到缺陷挖除但盡量不要挖透，以防對后續焊接帶來不利影響，在挖至16mm時發現缺陷存在，為斷續的裂紋，其中斷續裂紋中間存在夾渣和氣孔等缺陷（如圖5），缺陷清除到24mm深度缺陷完全清除（如圖6）。

圖5 焊縫缺陷

圖6 缺陷清除

缺陷清除后，對挖出部分按開U型坡口型式進行修磨，最后，形成U型坡口。焊接前，用鋼絲刷對破口周圍進行清理，并用丙酮對坡口及坡口附近進行清洗，以防存在夾雜物對后續焊接產生不利影響。

采用電加熱進行預熱，當監測焊件坡口外熱電偶達到預熱溫度250℃時，應保持30min，使坡口待焊部位內外表面的溫度達到要求，應采用便攜式紅外線測溫儀測溫；當加熱器在待焊焊接焊縫兩側分別布置或全覆蓋布置時，應保證測溫和控溫的準確可靠、有代表性為原則，預熱時，控溫熱電偶布置在加熱區內，監測熱電偶應盡可能靠近待焊坡口，必要時，應使用其他測溫方法檢測待焊坡口處的溫度。由于打磨消除缺陷時焊縫底部不平整，焊接先用氬弧焊采用φ2.5的TIG-R40焊絲對其進行堆焊填充，再用手工電弧焊填充蓋面，焊接材料為φ3.2的R407焊條，第二層采用焊條電弧焊時，焊接時，要特別仔細，以防燒穿，焊條烘干后隨用隨取，用專用保溫桶領用，焊條領用后必須在4h內使用。層間溫度不可以太高，嚴格控制層間溫度250～350℃，采用小的焊接線能量輸入，防止焊接過程中產生不均性組織，產生較大應力，每層焊接需要目視確認無雜物后再進行下一道焊接，直至坡口全部焊滿，注意收弧部位要填滿。

熱處理時，應使用不少于2支熱電偶，并沿圓周均勻布置，其中1支熱電偶布置于焊縫中心，其他熱電偶布置于焊縫邊緣1倍壁厚處，且不超過50mm，并用焊縫處的熱電偶控制溫度，升降溫度不大于240℃/h，熱處理溫度為730±10℃，恒溫時間4h，焊口熱處理時，應有專人監控電源，斷電后及時與運行聯系恢復送電，以防止意外失電導致熱處理中斷，造成焊口產生裂紋和金屬組織發生變化，操作人員手工記錄應與自動溫度記錄相符，恒溫時，注意兩側點溫度差應不大于20℃，熱處理嚴格按照工藝卡執行。焊后24h后，進行超聲檢測和表面磁粉檢測，檢測合格未發現超標缺陷，并同時對整個焊縫進行硬度復核和金相檢查，所檢查符合標準要求。

4 缺陷產生原因分析

（1）查閱此焊縫歷史檢測記錄，原來存在記錄性點狀缺陷，由于此位置為三通部位，在機組升降負荷時造成此位置應力集中，挖除缺陷時，發現有夾渣和氣孔存在，在交變應力作用下成為裂紋源頭，導致焊縫開裂。此部位為三通部位，應力復雜，尤其是近兩年來火電機組為滿足電力市場需要，進行深度調峰次數較多，負荷波動造成管道交變應力增加，增加了裂紋的擴展。

（2）A335P92材料本身鋼具有冷裂傾向和在熱裂紋傾向，大口徑厚壁管道焊接，管道壁厚較厚、剛度大、拘束力大等因素，引起裂紋的傾向性大。

（3）焊接時，焊接工藝執行不嚴格，有夾渣和氣孔存在，雖然不超標，但是，為以后裂紋產生擴展提供了有利條件。

5 結語

（1）對超過15萬h的A335P22管道歷年檢修資料進行復查，對原來具有記錄缺陷的部位進行復查。

（2）盡量控制機組深度調峰次數及小時數，減少因負荷波動造成管道交變應力增加。（3）挖除缺陷部位在挖除缺陷缺陷時，盡可能的不要挖透。（4）挖除缺陷部位補焊時，把不平整凹凸不平位置用氬弧焊填充平整，再進行填充。

（5）A335P22鋼焊接性能極易產生冷裂紋與消除應力時易產生再熱裂紋，特別注意焊接工藝卡和熱處理工藝的編制，嚴格按照工藝卡的要求執行。