摘要：西宁发电分公司低温再热器集箱出口散管安装焊缝在运行过程中多次开裂，本文通过对几次开裂散管的外观形貌以及力学性能试验的分析对比，阐述了西宁发电分公司低温再热器集箱出口散管安装焊缝开裂的原因以及处理措施，并对处理过程中存在的一些问题提出了一定的思考。
关键词：低温再热器 安装焊口 开裂
1 前言
西宁发电分公司锅炉是由上海锅炉厂制造的型号为SG-1960/26.15-M6008的1960t/h 超超临界压力直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、四角切圆燃烧方式，炉膛采用垂直上升和螺旋管膜式水冷壁、一次中间再热，调温方式除煤/水比外，还采用烟气出口调节挡板、燃烧器摆动、喷水减温等方式。1、2号机组分别于2015年12月30日和2016年3月9日顺利通过机组168小时试运行并移交生产。自投产以来，1、2号锅炉低温再热器出口集箱散管处共计发生了3次开裂事故。首次开裂时，该机组累计运行不足半年。该管段材质为12Cr1MoVG，规格为φ63.5×4，鉴于以上情况，对三次泄漏管道进行了综合对比分析，比较了三次开裂的形貌，分析了发生开裂的原因并进行处理，对锅炉安全运行具有重要意义。
2 事件概况
2017年2号锅炉启动后，发现大包外部穿墙管道滴水，判断低温再热器区域发生泄漏，2018年4月份停机C级检修检查发现低温再热器出口管在靠近顶棚的对接焊缝在焊缝熔合线处开裂，共4根，管排自炉左向炉右编序，管子自炉前向炉后编序：第4排第3、4根管；第46排第6根管；第66排第5根管；四根管开裂部位有一根是在上方熔合线处，其余三根是在下方熔合线处。如图1所示：
图2 2017年发现缺陷焊缝及上次处理焊缝图示
自机组投产以来，1、2号锅炉低温再热器出口管道焊口共发生过3次开裂事故，其中1号炉1次，2号炉2次。1号锅炉低温再热器出口集箱散管焊缝开裂的时间为2016年11月，开裂管编号为第49排第5根管；2号锅炉低温再热器出口集箱散管焊缝发生过两次开裂泄漏事故；第一次为2016年5月7日，开裂管具体编号为：第43排第7根管；第78排第5根管；第124排第7根管，共计3处；第二次为2016年11月4日，开裂管具体编号为：第70排第5根管；第134排第5根管；第138排第5根管，共计3处。上述开裂管道开裂部位均为现场安装焊缝上方或下方熔合线处，呈环向脆性开裂，外观形貌如图1。
2017年检修期间对2016年发现的开裂部位通过全部割管重新焊接的方法进行了处理，2017年开裂部位为低温再热器出口集箱散管基建安装时配管下口，其余三次的开裂部位为低温再热器出口集箱基建安装时联箱配管上口，如图2所示。
3 原因分析
在开裂事故发生之后，我们对发生开裂的管道取样进行了一些实验，实验分析如下：
3.1 宏观形貌
样管为管排自炉左向炉右编序，管子自炉前向炉后编序第 46 排第6根管，其宏观形貌见图1，裂纹沿焊缝散管侧熔合线周向分布。
沿裂纹扩展末端把焊缝剖开，见图3。裂纹周向扩展约半圈，深度方向已经裂穿至内表面。裂纹附近没有肉眼可见的塑性变形。
图3 裂纹宏观形貌
把断口打开观察其宏观形貌，见图 4。断面垂直于壁厚方向，断口上存在蓝黑色氧化产物，没有发现明显的裂纹源区。断口内表面存在剪切唇，为最后断裂区。
图4 断口宏观形貌
3.2 化学分析
对失效焊缝母材和填充金属用直读光谱仪进行化学成分分析，结果见表 1。样管的化学成分符合 GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》对 12Cr1MoVG 的要求，焊缝的化学成分符合GB/T5118-2012《热强钢焊条》对E5515-B2-V（原牌号R317）的要求。
表1 化学成分（wt%）
3.3拉伸性能
从散管母材上取条状试样进行拉伸试验，结果见表 2。样管的拉伸性能符合GB5310-2008 对 12Cr1MoVG 的要求。
表2 拉伸试验
3.4硬度
延管子纵向从母材向焊缝进行维氏硬度测试，每2mm测量一个点，测量结果按照GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》转换为布氏硬度，见表3。
表3 硬度测试
3.5金相分析
用金相显微镜对母材、焊缝及热影响区、断口附近组织进行微观观察，见图5～7。
母材微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，晶粒度7-8级，为12Cr1MoVG 正常的金相组织。
焊缝微观组织为粗大的贝氏体+低碳马氏体，热影响区粗晶区微观组织为贝氏体+低碳马氏体。主断面大部分位于热影响区的粗晶区，沿晶扩展。主断面附近存在二次裂纹，同样沿晶扩展。
3.6 分析与讨论
从上述实验结果可以看见，低温再热器出口集箱散管母材的化学成分、拉伸性能、硬度和金相组织均正常，证明散管所使用的原材料材质合格。
焊缝及热影响区粗晶区的晶粒粗大、存在马氏体组织，导致硬度偏高、韧性下降，萌生微观沿晶裂纹，运行后在内压应力作用下晶界扩展，最终开裂。
3.7 具体原因分析
在发现焊口开裂之后，我们查阅了当时的监理日志，在监理日志中发现，低温再热器出口集箱散管的焊接工作是在11月份进行了，西宁地处高原，11月天气非常寒冷，焊接时没有按照当时的气候条件采取一定的措施，导致焊缝冷却速度过快，这是导致此次焊口开裂的原因之一。
由于低温再热器集箱出口散管厚度只有4mm，按照当时的焊接工艺卡要求，焊接时应采取两层焊接成型的工艺，在检查过程中，我们对焊口剖切后金相检查，发现很多焊口都是采取的大电流一层焊接成型的工艺，这样导致焊接线能量过大，加之在寒冷天气中没有采取相关的措施，也是导致焊缝开裂的原因之一。
图6 焊缝及热影响区金相组织-200×
图7 断口附近组织-50×
4 处理措施
通过上面的分析，低温再热器出口集箱散管焊缝开裂的主要原因就是焊缝硬度和母材硬度差距太大，当管道在运行过程中受到一定冲击载荷时，在焊缝熔合线处很容易产生裂纹。基于上述原因，我们打算用热处理的方式降低焊缝硬度值，使焊缝的硬度和母材的硬度尽可能的靠近。但是通过选取5个不同的参数（720℃、730℃、740℃、750℃、780℃）进行热处理之后，焊缝硬度值几乎没有什么变化。
最后采取了割管重新配管焊接的方式处理，返口处理之后，对所有的焊口进行了射线检测，并进行了硬度复核，硬度值处在标准数值范围之内。
5 思考
DL/T 869-2012《火力发电厂焊接技术规程》7.3.1条“同种钢焊接接头热处理后焊缝的硬度，不超过母材布氏硬度值家100HBW，且不超过下列规定……”焊接规程中明确要求硬度值属于热处理之后的焊接接头的评判标准，对于不用热处理的焊接接头，硬度是不是就不作为一项评判标准，特殊情况下，例如上述管道的焊接，在高原寒冷天气焊接，很多时候存在焊接过程中不能完全执行应该采取的防范措施，这样就导致焊接质量存在一定的问题，在后续的检测中不能及时的发现，为机组的安全稳定运行带来一定的威胁。超出标准之外的管道在特殊条件下的焊接是否需要增加一些标准不要求的检测？
论文作者:李盛平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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