火電廠受熱面噴涂區換管易出現裂紋問題研究

王新偉，孫 全，馮佐江

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司，陜西榆林 719316）

0 引言

燃煤機組在爐膛內吹灰器區域及未燃帶上方3～4 m 是磨損的重點區域，每次停爐檢修都要進行大面積補焊或換管。為有效減輕該區域的磨損，燃煤電廠都采取噴涂技術措施使磨損情況得到有效緩解，但是局部區域仍存在磨損較嚴重的情況，仍需采取補焊和換管來消除缺陷。由于噴涂層的存在，對保證焊接質量形成較大障礙，在處理這些磨損缺陷時，如果采取工藝措施不當，會在焊縫區域或邊緣產生裂紋，大大降低了焊口合格率，同時也給鍋爐安全穩定運行埋下重大隱患。因此通過對受熱面噴涂層區域焊接及補焊工藝優化，確保焊接質量。從而節省檢修時間，提高檢修效率，減少直接損失和間接經濟損失。

1 焊縫區域或邊緣產生裂紋的原因分析

噴涂層區域水冷壁鋼管在補焊區域開裂形狀不規則，取決于補焊的面積和焊接方向。而焊口因管件縱向拉應力和焊接接頭熔合區性能較弱的原因，開裂形態大多是沿焊縫邊緣呈環向開裂。從開裂的形態可以判斷裂紋是沿焊接熔融金屬的一次結晶晶界開裂，屬于結晶裂紋。

結晶裂紋的形成機理：焊縫金屬在凝固過程中，最后凝固的存在于固相晶體間的低熔點液態金屬已成薄膜，碳鋼和低合金高強鋼中的硫、磷、硅、鎳都能形成低熔點共晶，在結晶過程中形成液態薄膜。由于液態薄膜強度低而使應變集中，但同時其變形能力很差，塑性很低，在應力作用下而開裂。因此產生結晶裂紋的主要原因是焊縫中低熔點共晶體的存在，而低熔點共晶體能夠進入焊縫只有通過焊材或焊件熔化的母材兩個途徑。

1.1 噴涂主材及封孔劑的成分

（1）噴涂層主材采用原裝美國SMC 國際超合金集團（Special Metals Corporation）公司進口的72TSW 材料，厚度為0.4～0.6 mm，主要成分為硼化物金屬復合陶瓷、Ni、Cr、Ti、AL、稀土。

（2）封孔劑選用具有優異的滲透性能和高溫封孔能力的封孔劑，采用高溫納米復合陶瓷涂料作為封孔劑。高溫納米復合陶瓷封孔劑主要成分為非金屬化合物、非金屬氧化物及稀土氧化物復合陶瓷材料。

1.2 受熱面管材料成分

目前國內超超臨界機組爐膛受熱面基本選用15CrMo、12Cr1MoV（表1）。

表1 受熱面管材料的成分

1.3 焊絲材料的成分分析

（1）R30 焊絲的主要合金元素成分接近15CrMo（即1%Cr-0.5%Mo）,作為耐熱鋼焊絲使用時，與15CrMo 鋼合金成分相匹配，即是用于焊接15CrMo 的。總結起來，R30 作為耐熱鋼焊絲使用時，主要用于0.5%Cr-0.5%Mo 鋼、1%Cr-0.5%Mo 鋼、1.25%Cr-0.5%Mo 鋼的焊接。

（2）R31 焊絲屬鉻鉬耐熱鋼焊絲，型號是ER55B2MnV，工作溫度在540 ℃以下，主要焊接耐熱抗氧化抗腐蝕的珠光體合金鋼，如12Cr1MoV。

1.4 裂紋產生的原因

綜上所述焊絲的化學成分符合標準，不會產生低熔點共晶體。而受熱面鋼管表面附有噴涂層，厚度為0.4～0.6 mm，主要成分為硼化物金屬復合陶瓷、Ni、Cr、Mo、AL、稀土。因此可推斷，由于補焊區打磨不凈，導致噴涂材料中硼化物金屬復合陶瓷、AL、稀土等有害成分熔入焊縫金屬內部，導致焊縫金屬內部形成低熔點共晶體。液態焊縫金屬在結晶后期凝固晶粒較多時，晶界處的低熔點相尚未凝固，呈液膜狀態散布在晶粒表面。由于晶粒脆弱的液態薄膜無法承受由凝固冷卻收縮引起的拉伸應力，就會在晶界分離，形成結晶裂紋，進而導致開裂。

2 防止裂紋產生的預控措施

因噴涂層的厚度為0.4～0.6 mm,所以焊接區域周圍除按要求寬度打磨外，為避開噴涂層保險起見打磨深度不小于1 mm。然后按照常規焊接工藝進行補焊或組對焊接。

2.1 受熱面噴涂區域割管要求

（1）在爐內搭設腳手架，首先清除管壁積灰。

（2）受熱面進行切割時,應用砂輪機切割片進行切割，首先切割下部管口，待下部管口切除后使用白鐵皮插入下部切割管口，做好密封后再使用切割機切割上部管口，全程做好封堵措施，防止切割中異物進入受熱面管。

（3）如照明光線不好時，應準備充足的臨時照明。

（4）切割時,爐內人員與爐外人員應協調配合，分工明確。

2.2 受熱面換管管道內潔凈化施工

（1）管道切割后使用易溶紙進行上下管口的封堵工作。

（2）易溶紙管口封堵必須將易溶紙堵塞在距離焊口600 mm處的管道兩端，防止焊接時產生的熱量將易溶紙燒損，造成管道內出現負壓影響焊接質量。

（3）易溶紙的塞堵首先將易溶紙制作成緊密的三角柱狀進行塞堵，塞堵至600 mm 左右焊口兩側后，再將易溶紙捻成圓球狀進行二次塞堵，使管道內保證絕對的密封效果。

（4）管道完全塞堵完工后進行坡口的的加工，坡口制作完成后使用氣體將管道內異物進行吹掃，吹掃結束后使用磁棒將遺留在易溶紙上的鐵屑全部清理干凈，不漏任何異物在管內。

2.3 換管表面噴涂層的清理工作

（1）噴涂層的打磨必須將管口端20 mm 區域內噴涂層打磨干凈。

（2）管口端20 mm 區域內噴涂層打磨干凈后還需將原噴涂融入受熱面管的1 mm 噴涂層徹底清理，清理深度應在1 mm以上。

（3）受熱面噴涂的鰭片打磨與將原噴涂融入鰭片的1 mm 噴涂層徹底清理，清理深度確認超過1 mm。

3 結論

對噴涂層區域水冷壁管補焊及焊口施工工藝優化，能夠達到防止焊接后出現裂紋的目的，通過執行工藝要求，完全可以避免噴涂層區域水冷壁補焊及焊口焊縫產生焊接裂紋缺陷，對于局部磨損可以通過補焊的措施消除缺陷，避免換管帶來人工及材料等費用支出和推后檢修工期的不良影響。嚴格執行本工藝前可以提高檢修工作效率，縮短檢修工期，降低檢修成本，消除設備安全隱患，為機組長周期運行保駕護航。