張 雷

(山西省朔州市山西電建二公司焊接培訓中心，山西036011)

某電廠三期№.5機組660 MW汽輪發(fā)電機自2008年11月11日16時00分開始進入168 h試運行，在2008年11月18日18時03分發(fā)現(xiàn)流量出現(xiàn)異常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐出現(xiàn)爆管，此時機組負荷為500 MW，累計運行時間為172 h。為此，就爆管的原因進行了分析，并提出了修復焊接工藝。

1 爆管原因

1.1 外觀檢查

依據(jù)“DL/T939-2005火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督檢驗技術(shù)導則”以及“DL438-2000火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”，對爆管進行內(nèi)外表面的外觀檢查。爆管破口開口較大，呈喇叭狀，爆口寬度達105 mm，爆口撕裂長度達220 mm，爆口邊沿距離管道焊縫熔合線25 mm，爆口處管壁比原管璧厚度相對薄了許多，邊緣為韌性撕裂斷口的特征，爆口的內(nèi)壁附近由于受到管內(nèi)高速高壓高溫蒸汽的沖刷而顯得特別光潔，爆口外壁呈藍黑色，由于受到高速泄露介質(zhì)的反作用力，使泄漏的管子發(fā)生了160°左右的大變形，造成了大范圍內(nèi)的管排管子變形、吹損、碰傷c及管壁厚度減薄，爆管原始形狀見圖1。

對管子進一步檢查時發(fā)現(xiàn)，爆口位于T91與TP347H異種鋼焊口處，規(guī)格為?45 mm×7 mm。焊接接頭處有一個寬12 mm，高6 mm的焊瘤，這可能導致了管內(nèi)異物卡在焊口處而造成了本次爆管。

圖1 高溫過熱器爆管圖Figure 1 The bursted pipeline pictures of the elevated temperature superheater

在對高溫過熱器集箱采用內(nèi)窺視頻檢查時發(fā)現(xiàn)，高溫過熱器集箱內(nèi)第18排接管管孔內(nèi)存在有氧化鐵，如圖2所示。集箱可能沒有進行噴砂處理，導致一些氧化鐵未能清理干凈而遺留在集箱內(nèi)部，在高溫高壓蒸汽的作用下，從集箱內(nèi)壁脫落造成管內(nèi)介質(zhì)受阻，從而導致高溫過熱器管排發(fā)生爆管事故。

1.2 蠕脹檢測

針對爆管本身，按圖3所示進行了管徑測量，依此來判斷管子的蠕脹狀況是否合格。

管徑測量結(jié)果見表1。從測量結(jié)果可以看出，只有位于焊縫兩側(cè)的蠕變合格，這是由于焊縫的強度大于母材本身的原因。

1.3 光譜分析

對爆管段進行了光譜檢測并且未發(fā)現(xiàn)異常，表明不是由于錯材引起爆管。

1.4 硬度檢測

對爆管表面進行了4點硬度檢測(見圖3)，硬度值測量結(jié)果為120～134HBS，硬度指標明顯低于DL/T438《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》的要求值175HBS，造成爆管處硬度值偏低的原因一個可能是管子本身材質(zhì)就存在問題，再一個原因就是管內(nèi)介質(zhì)受阻后造成短時間內(nèi)管子溫度較高。

圖2 管座內(nèi)氧化鐵存在狀態(tài)Figure 2 The picture for the ferric oxide in the tube holder

圖3 管徑測量圖Figure 3 The schematic diagram for measuring the pipeline diameter

測點編號原始管徑/mm實測管徑/mm蠕變量(%)計算值標準值評定結(jié)果1234567891011121314151617454545454545454545454545454545454545.9/46.046.18/45.9845.98/46.1645.98/46.045.32/45.2045.10/45.1645.72/45.9045.80/46.045.92/46.1845.78/45.9046.40/46.045.98/46.045.90/46.1645.9845.9046.8846.402.222.622.582.220.710.362.02.222.622.03.112.222.582.182.04.183.11≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢合格合格超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢超標判廢

2 爆管修復焊接工藝

本次爆管修復焊接主要有T91和TP347H兩種材質(zhì)的同種材質(zhì)對接和異種材質(zhì)對接，同種材質(zhì)對接的焊接工藝都比較成熟，本次爆管修復焊接工藝主要針對T91+TP347H異種材質(zhì)接頭的焊接。

由于T91和TP347兩種鋼的焊接難度都很大，對于異種接頭的焊接難度就更大了。為了保證焊接質(zhì)量，焊接材料的選用非常重要。Cr是強碳化物形成的元素，能夠降低碳的活度。T91鋼中Cr≈9%，而TP347H中Cr≈19%，Cr含量相差10%。如果采用高匹配焊材，T91鋼側(cè)的碳活度較高，使得T91鋼側(cè)的自由碳越過熔合線向高Cr側(cè)的焊縫遷移，在熔合線的焊縫側(cè)形成明顯的增碳層，而在T91側(cè)形成脫碳層，容易導致T91鋼側(cè)熱影響區(qū)產(chǎn)生早期失效。若選用低匹配的焊材，碳遷移程度將減少，但焊縫組織將不可避免的出現(xiàn)淬硬馬氏體組織和少量鐵素體。而采用焊后熱處理和控制層間溫度可以降低該現(xiàn)象造成的危害。所以針對上述幾點考慮選用ER347焊絲，規(guī)格為?2.5 mm，焊接電流為70 A～90 A，焊接前采用火焰預熱，火焰預熱溫度為250～300℃。焊接時應采取管子內(nèi)壁充氬保護，氬氣流量為(10±2)L/min。焊接過程層間溫度控制在350℃以內(nèi)，焊接完成之后對焊口進行750±10℃×0.5 h的焊后熱處理。

經(jīng)過修復，機組至今已運行近270天，未發(fā)生質(zhì)量事故。

3 結(jié)論

(1)造成本次爆管的主要原因是T91與TP347H材質(zhì)異種鋼接頭處有一個寬12 mm、高6 mm的焊瘤，并且集箱接管座處存在氧化鐵從而造成管排短時間溫度過高，管子力學性能急劇下降最終造成爆管泄漏。

(2)選用低匹配的焊接材料，采取合理的焊接參數(shù)和熱處理參數(shù)，可以減小焊接對熔合區(qū)的增碳、脫碳層的影響，同時可以消除TP347H鋼材接頭區(qū)的敏化作用，提高焊縫的質(zhì)量。

(3)在今后的工程施工過程中，應杜絕焊口存在類似的缺陷，在封閉集箱或容器時應認真對其內(nèi)部進行檢查，排除爆管隱患。

[1] DL/T869-2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程.

[2] T/P91 焊接工藝導則.

[3] DL/T752-2001 火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程.

[4] DL/T819-2002 火力發(fā)電廠焊接熱處理焊接技術(shù)規(guī)程.

[5] 楊富.新型耐熱鋼的焊接.北京：中國電力出版社，2006.

[6] 余燕，吳祖乾. 焊接材料選用手冊.上海：上?？茖W技術(shù)文獻出版社，2005.

[7] 鄧金健. T91和TP347異種鋼焊接工藝討論. 湖南電力，2005.