摘要：本文通过对某发电厂#1 HG670/140-I型燃煤锅炉汽包裂纹原因进行分析，针对缺陷的实际情况制定焊接修复方案，采用合理、有效的焊接及热处理工艺措施，得到了较理想的修复结果，确保机组的安全稳定运行，同时也为现场汽包焊缝裂纹补焊修复提供了重要的实践经验。也为国内同类机组同类缺陷的焊补提供了借鉴。
关键词：汽包；裂纹；补焊工艺
1 引言
某发电厂1号机组为我国自行设计制造的第一台200MW中间再热式高温高压火电机组，其锅炉为-锅炉厂自行设计制造的第1台HG-670/140-I型燃烧褐煤，一次中间再热的超高压自然循环锅炉，于1972年12月投产运行，至20018年5月，累计运行34万余小时，启停354次。汽包材料为14MnMoV。汽包内径为1800mm，筒体长度为23.4m，筒体壁厚为80mm，汽包工作压力为15.3Mpa，饱和蒸汽温度343.7℃，汽包封头为球形，人孔门尺寸为Φ400mm。
2 缺陷挖补前的各项工作检查
（1）汽包母材化学成分（%）：C-0.20，Si-0.46，Mn-1.15，P-0.008，S-0.0180
（2）汽包焊缝化学成分（%）：C-0.66，Si-0.60，Mn-1.50，P-0.022，S-0.0130，化学成分分析结果符合J507焊条成分要求。
（3）金相检查：焊缝：铁素体+珠光体，珠光体呈带状分布，带状组织2-3级，晶粒度6级。熔合线：铁素体+珠光体，珠光体呈网状分布，熔合线两侧有脱碳。热影响区：铁素体+珠光体，组织欠均匀，晶粒度5-6级。母材：铁素体+珠光体，组织尚均匀，晶粒度6～7级。以上所检查的组织皆属正常。
（4）硬度测试：母材：HB125。热影响区：HB115。焊缝区：HB125。以上所测的硬度值均符合要求。计算结果证明，19Mn5钢无再热裂纹倾向。
（5）19Mn5钢产生冷裂纹倾向和焊接热影响区淬硬倾向计算表明，汽包材料基本无冷裂倾向。
3 缺陷形成原因分析
锅炉汽包直径和壁厚都比较大，由于锅炉在启停过程中，较快的升压、降压速度会使汽包材料所承受的机械应力发生很大的变化；同时，较快的升温、降温速度又会是汽包内外壁面、上下壁面产生较大的温度差异，导致金属材料产生很大的热应力，而且应力变化幅度也较大；频繁交变的机械应力和热应力将使金属材料产生的疲劳损伤增大；同时使微裂纹在薄弱处萌生、扩展并逐步增大形成裂纹，直至断裂。我厂1号机组设计寿命为10万小时，汽包用14MnMoV材料是一种脆性较大的材料，汽包运行到24万小时时发现疲劳裂纹应该是正常的。
4 缺陷挖除后的补焊工艺
（一）焊条材料选择低氢型J507焊条。打底用中Φ3.2mm的焊条，其余用Φ4mm的焊条。
（二）施焊工艺：焊条在350℃烘烤2小时，烘烤的焊条放入保温箱内，随时使用。补焊过程中，始终保持预热温度，最低温度150℃，施焊中采取多层多道焊。先沿U形坡口焊三层，使坡口宽度变窄，以减少收缩变形引起的应力，然后由下至上多层多道焊。每道焊缝用分段焊法，分段时填空焊的焊接方向应与原分段焊的方向相反。各焊道分段应错开，可减少焊接应力的过大累积。打底焊采用中3.2mm焊条，焊道宽度控制在6-8mm左右，熔深控制在2-3mm之内。为减少收弧次数，每根焊条一次焊完。焊完一道，必须清渣进行检查，确认无缺陷时继续施焊。
5补焊工艺制定
5.1 焊前准备
汽包外壁用硅酸铝毡保温，保温层厚度不小于80mm。在汽包内装置加热元件，焊前对汽包预热至200～250℃。施焊过程中层间温度控制在200～400℃。焊条J607按规定温度进行烘干，施焊时装在80℃-110℃保温桶内，随用随取。施焊焊工均持有相应钢材及焊接位置的焊工合格证。
5.2 焊接过程
焊接时，严格按照DL/T734-2000及辽宁电研科技有限公司提供的焊接工艺评定报告要求进行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆焊条牌号为J607，焊条化学成分及机械性能见表2；母材化学成分及机械性能见表3；焊接电源为ZX7-400
焊接时注意事项：
（1）采用多层多道焊法，在保证熔合良好的情况下尽量采用较快的焊接速度。每道焊缝的宽度不大于焊条直径的3倍，厚度不大于焊条直径加1mm。
（2）焊接时每层道间接头均错开，收弧时将熔池填满，焊完每层后将焊渣清除干净。
（3）除表面层外，每焊完两道进行一次锤击，锤头呈圆弧状，锤痕密布。
（4）在修复过程中，发现焊接缺陷应及时处理。
（5）焊接过程中严禁在汽包表面引弧，试验电流或随意焊接临时支撑物等。
（6）开槽全部焊满经冷却至室温后，按JB/T4730-2005对补焊部位进行了超声波探伤，Ⅰ级焊缝为合格。
6 整体热处理
采用内热式整体加热，经计算和考虑实际情况，取加热功率670KW，总电流1100A，三相380V，50Hz。单根加热器功率为28KW，总电流为127A，直流电阻为1.73欧姆。
6.1 内加热器支架的设计安装
汽包总长23400mm，平均1000mm距离安装一个支架，内装二层，共40根支架。下层支架距汽包底部400mm，上层支架距汽包底部680mm。内支架材料为8号槽钢，采用高温瓷管绝缘。
6.2 内加热器的布局及安装
汽包整体加热共安装24根电阻加热器，沿汽包长度方向，分二段布置，每段12根，分二层放置在支架上，电源线用不锈钢管由两端人孔门引出。
6.3 总电源盘设计
电压为三相380V，50Hz，在1000KVA变压器上接3根3×120＋1×50mm2橡胶套电缆，连接在现场8个600ACJ型空气开关上，分别控制汽包内24根电阻加热器。
6.4 温度监控
6.4.1温度监视：为监视汽包加热器的温度变化情况，在汽包长度方向上选两端和中间共三个截面，在每个截面呈三角形在内、外壁上各安装3支热电偶，总计安装18支热电偶进行测温。
6.4.2 温度控制：靠合、拉开关使电阻丝（或某一局部电阻丝）通、断电来控制升、降温速度和汽包各部温差。
6.5 热处理温度
6.5.1热处理温度：620±15℃，恒温4h；
6.5.2加热和冷却速度：1.0-1.5℃/min；
6.5.3 加热、冷却和恒温时内外壁对应点温差不大于50℃，环带内任意两点温差不大于80℃，轴向温度梯度不大于100℃/100mm。
7 结论
通过对缺陷修复处理后，机组经过一年多的运行，2009年利用机组检修时间，对上述缺陷部位再次进行了超声波探伤检验，结果未发现任何缺陷，说明了缺陷修复达到了预期效果，证明我们采用上述方案对缺陷的处理是完全可行的，也为我们及兄弟单位今后处理类似缺陷提供了参考。
参考文献：
[1] 在役电站锅炉汽包的检验、评定及处理规程 DL440-2004.北京：水利电力出版社，2004
[2] 火电厂超期服役机组寿命评估技术导则 DL/T654-1998.北京：中国电力出版社，1998
[3] 火力发电厂锅炉汽包焊接修复技术导则 DL/T734-2000.北京：中国电力出版社，2001
[4] #1机组锅炉汽包检验报告.报告编号： SC-JSS-048-2008
[5] #1号锅炉汽包超标缺陷处理及无损检验报告.报告编号：SC-JSS-047-2008
论文作者:胡俊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/4
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