電站鍋爐管焊縫開裂原因分析及建議

劉瑞

摘要：隨著經濟和科技水平的快速發展，定期對工業鍋爐進行檢驗檢測至關重要，是實現鍋爐正常運行的關鍵保障。結合近年數據報告顯示來看，現階段，我國工業鍋爐發生安全事故頻率正逐年下降，且得到有效控制，所以，需要定期對鍋爐進行安全性能檢查，為工業運行質量安全奠定基礎。

關鍵詞：鍋爐;檢驗;裂紋問題

引言

隨著經濟和各行各業的快速發展，電站鍋爐四管泄露是造成機組非計劃停運的重要因素之一，為深入分析鍋爐四管之一再熱器管對接焊縫泄露，對某泄露管進行了宏觀檢查、材料成分分析、硬度試驗、金相組織分析和掃描電鏡分析，結果表明，裂紋萌生于焊縫熔合線附近粗晶區，具有典型的沿晶開裂性質，結合該鋼材焊接特性焊接工藝，分析認為裂紋性質是焊接再熱裂紋，通過合理設置焊接預熱溫度，優化焊接工藝，改善服役管子應力狀態，有利于減少焊縫發生裂紋風險，降低鍋爐四管泄露率，提高機組運行安全可靠性。

1鍋爐產生裂紋的原因

1.1金屬疲勞原因

工業鍋爐長期處于工作運行狀態，使鍋爐表面所承受的應力加強，應力高度集中處，因負荷和壓力波動，頻繁起動導致應力周期變化，引起大應力低周疲勞裂紋，在低周大應力疲勞和腐蝕介質同時作用，使裂紋不斷閉合、打開，造成金屬疲勞，金屬疲勞現象常有發生。如新鍋爐設備，在使用初期不易發生裂紋，但隨著使用時間的不斷延長與增加，裂紋數量也會增多，裂紋長度也會不斷延長，從而影響鍋爐正常工作。

1.2焊接未焊透、熔合

焊縫金屬與母材間未被電弧熔化而留下的空隙叫做未焊透，熔焊金屬與基體母材或與相鄰焊道間及焊縫層間的局部殘留間隙叫做未熔合。未焊透及未熔合都是嚴重的電站鍋爐管焊接缺陷，這種缺陷使得焊縫的焊接強度下降產生壓力容器的裂紋，因而引發安全事故。造成這個缺陷的主要原因是焊接電流過小及焊接電弧過長等，通常出現于管道內壁側與管道外表的距離較遠。

1.3焊接面裂紋

焊接裂紋是常見的電站鍋爐管焊接缺陷，也是最為嚴重的一種焊接缺陷，會對管道結構產生嚴重的危害。焊接裂紋的一般情形有：液體性質、熱應力性質、延遲性性質等形式。焊接裂紋一般包括熱裂紋和冷裂紋。裂紋原因有：環境潮濕，管道水分較多，未先行烘烤干，焊接的高溫致使焊縫區產生微量氫內部殘余，焊后快速的降溫收縮過程致使其內部應力加大產生裂紋。焊工責任心差，焊后未及時自檢，發現問題未及時處理。連續大面積管段且厚度小時，焊接散熱快，短時焊接后降溫迅速，造成局部應力集中產生裂紋等等。

2鍋爐裂紋檢驗的方法

2.1使用科學方法進行裂紋檢測

根據資料審查的數據進行綜合分析評價，重點檢查容易產生裂紋的部位，（如工作條件苛刻及承受交變應力的部位、曾經出現裂紋以及維修過和部位、已經發現嚴重缺陷或者其他危險因素的部位），通過觀察、使用工具和檢測儀器確定裂紋。隨著科學技術水平的不斷提高，應采用大數據分析方法，綜合分析鍋爐數據，監測、評估焊接裂紋質量，控制材料質量，不僅檢測準確度高，操作比較簡單，成本也得到降低，這應該是以后發展必然的趨勢，從而大大提高檢驗質量。鍋爐產生裂紋的不會因某一單純的原因產生的，是多種因素結合，可以通過鍋爐個體產生的部位進行具體分析。

2.2防止類似再熱裂紋缺陷產生導致泄露

管線焊接工藝技術要保證安全施工，就必須深入各項環節，做好熱處理，否則會有火災、爆炸的風險和問題。因此，施工人員必須保持高度的精神集中，不能松懈和怠慢，嚴格按照焊接熱處理的流程工作。管線焊接工藝技術的熱處理流程需要保障焊前和焊后兩個方面。焊前方面，施工人員需要保證預熱處理的溫度，在規定的下限溫度再降50℃。并且，施工人員可以利用電氣或氧乙炔焰，使坡口兩側均勻受熱，保持預熱區域對外輻射100mm的保溫效果。在此過程中，必須使用紅外探測儀，確定測量溫度的中心，以此為圓心進行測量。焊后方面，施工人員需保障焊縫的完整性，使熱處理范圍內的受熱均勻，溫度差不超過10℃。并且，在溫度測量的過程中，可以采用熱電偶的方式，根據自動記錄儀的數據繪制曲線圖表，進行綜合分析和調整。應避免強行對口降低焊接應力，并對焊接工藝優化，如適當提高預熱溫度，GTAW焊前預熱溫度控制在150℃～200℃，SMAW焊前預熱溫度為250℃左右。層間溫度≤300℃，并加強保溫效果。焊后消應力處理應及時進行，其加熱速度及保溫溫度應盡量避免12Cr1MoV鋼產生再熱裂紋敏感的溫度區間500℃～700℃，保溫時間宜按壁厚適當延長。

2.3預防處理措施

在管道安裝階段，一定要注意控制焊接預熱溫度和層間溫度，嚴格遵守熱處理規定，并在焊后24h后進行100%無損檢測及硬度檢查，保證焊接質量;對于閥門與直管焊接的部位，為避免應力集中和結構的不連續性，應保證變徑區圓滑過渡;對運行較長的管道，應合理安排減少啟停次數，加強對閥門、彎管、變徑等薄弱部位的監控，在鍋爐檢修期間，對薄弱部位增加磁粉和超聲波檢測，預防裂紋等危害性缺陷。

2.4焊接面裂紋對策

管道施工過程中質量控制最為重要的一個問題就是焊接面裂紋問題，其對管道的危害性很大，對于這種缺陷的發生我們一般采取如下幾種方法來解決：淺表層存在的裂紋可以用砂輪打磨，用磨平的方法處理;焊接面的裂紋過小，我們可以用裂紋來研究其發展規律，觀察并記錄到它的發展走勢，對防止潛在的安全問題具有很大的作用。就此，我們需要在焊前要認真組裝，對組裝質量進行檢測。盡量選擇小電流多層多道焊以防止焊縫中心產生裂紋;按照工藝規程進行選擇優良的焊接程序。

2.5提高鍋爐的制造工藝

相關工作人員需要嚴格把控內部元件質量，采用視覺傳感器和電弧傳感器測量焊接過程中的電弧形狀、熔池形狀、焊接電流、電弧電壓、焊道數、焊料消耗及工時等。采用大數據分析方法，對這些數據進行綜合分析，這不僅需要對焊接質量進行監測、評估，還需要對材料質量進行控制，最終實現反應堆筒體生產全過程的信息化管理。該系統可以對多臺焊機乃至整個生產車間進行協調控制，形成車間智能化生產模式，能夠實現對生產質量的有效監控，有效控制和管理生產成本和生產過程，從而大大提高生產效率和效益。

結語

隨著電站鍋爐參數的逐步提高，主蒸汽管道長期在高溫、高壓狀態下運行，其安全可靠性尤為重要。使用單位及檢驗單位應提高管道安全的重視程度，加大管道的監控力度，為鍋爐運行提供安全保障。電站鍋爐管的焊接環境非常復雜，有時還會涉及到高空作業，焊接的質量對管道能否安全運行有著直接的影響，但是電站鍋爐管的焊接要求操作極高。對于電站鍋爐管而言，焊接是一個重要的工作，它的質量和效率對工程的工期及安全性有著重要的影響。為了避免電站鍋爐管出現安全事故如泄漏、腐蝕等，應在選材，安裝等環節上對質量進行嚴格的檢測，并在操作規范上嚴格要求，電站鍋爐管在發生安全隱患的時候能夠及時的進行解決并施加措施以及辦法，及時對電站鍋爐管焊接的缺陷進行修補，以此來保障電站鍋爐管的安全性。

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