300MW锅炉再热蒸汽热段焊缝缺陷的补焊修复

摘 要：针对某电厂300MW锅炉再热蒸汽热段焊缝出现两处超标缺陷的问题，分析了A335P22钢的焊接性能，并着重介绍了超标缺陷的挖除、坡口制备、无损检测确认缺陷消除、焊前预热、打底氩弧焊的工艺规范、打底氩弧焊的后热处理、无损检测确认打底氩弧焊的焊缝质量、电焊填充盖面工艺规范、焊后热处理、焊后无损检测等各道工艺流程，通过严格执行，取得补焊修复检验合格的效果，也证明了该补焊修复工艺适用于A335P22钢焊缝缺陷处理，可有效地保障焊接质量。

关键词：A335P22钢；再热热段；焊缝；缺陷；补焊

引言

某电厂#9锅炉为DG1025/18.2-Ⅱ（4）型，其为亚临界参数，一次中间再热、自然循环、单炉膛、全悬吊露天布置、平衡通风、燃烧系统四角布置、切圆燃烧、固态排渣燃煤汽包炉。在2014年大修中对高温再热器热段（规格为：Φ557.6*24.8mm，材质为A335P22）焊缝进行超声波检查发现，高再热段第#5道焊缝出现两处超标缺陷，编号为Q1和Q2，超声波检测显示缺陷指示长度分别为25mm和40mm，缺陷埋藏深度分别为20.5mm和21.3mm，缺陷反馈最大波幅分别为为SL+10db和SL+2db，缺陷质量等级均为III级，缺陷具体位置如图1所示。高热再热器管道是发电机组锅炉的重要承压、高温汽水输送部件，此超标缺陷如不得到及时或合理处理，容易造成缺陷的进一步扩大，进而出现裂纹缺陷乃至引起高再蒸汽管道的爆裂，以致发生重大设备或人身事故损失，后果难以估计，必须要给予高度重视。所以，需要认真分析研究A335P22钢的材质的特性，如化学成分、焊接性能、热处理要求等，仔细制定科学合理的挖补修复工艺，完成对再热蒸汽热段超标缺陷焊缝的补焊修复工作，保证高温再热蒸汽管道的可靠、安全工作，夯实锅炉可靠运行基础。

1 A335P22钢的焊接性能分析

A335P22钢属于符合美国ASME的铁素体合金热强钢，相当于德国的10CrMo910，常用于570℃的受热面管道或抗氢损伤设备。A335P22钢的化学成分和常温力学性能分别如表1和表2所示。

依据国际焊接协会（IIW）推荐的碳当量计算公式Ceq=C5+（Mn/6）+[（Ni+Cu）/15]+[（Cr+Mo+V）/5]*100%，计算可得Ceq=0.886%，远大于0.45%的钢淬硬敏感界线。因为钢中Cr、Mo元素含量较多，大幅度提高了钢的淬硬性，尤其是管道规格尺寸大，相对冷却速度较快，致使热影响区冷却速度快，较易形成马氏体含量较多的淬硬组织。

而依据冷裂纹敏感指数Pcm=（Cr%）+（Cu%）+2（Mn%）+10（V%）+7（Mb%）+5（Ti%）-2，可得Pcm=2.86>0，可见A335P22钢有着较大程度的焊接冷裂倾向，并且由于管道规格较大，相对冷却速度快，焊缝焊接时将会受到较大的热应力作用，不利于焊缝中扩散氢的逸出，以致焊缝在焊接过程中容易产生冷裂纹，在消除应力过程中则较易产生再热裂纹，因此，在施焊的时候，为了避免产生冷裂纹和再热裂纹，要特别注意先进行合理的预热处理，在焊接过程中则要严格控制好焊接层间温度，而焊后需要及时进行焊后热处理[1]。

2 补焊修复工艺

依据A335P22钢宜产生冷裂纹和再热裂纹的特点，我们决定采用挖补的方法，采用钨极氩弧焊打底，手工电弧焊盖面的方法补焊修复焊缝超标缺陷，通过规范焊接工艺规范，严格控制热处理工艺以降低焊接残余应力以及增强焊缝扩散氢的逸出，改善焊缝及热影响区组织与力学性能。

2.1 裂纹挖磨去除及坡口制备

确认超标缺陷所在位置后，依据检测报告示意图采用手持式砂轮机进行缺陷的挖磨去除作业，在挖磨过程中辅助以磁粉渗透和着色检查，直至确认缺陷已全部消除，并注意挖磨的深度和宽度在检测报告的深度和宽度上稍微增加4-5mm，确保完全去除所检测出来的超标缺陷。挖磨找到缺陷如图2所示，可见两处缺陷均其为白色的夹渣点。

通过磁粉渗透和着色检测确认完全去除了缺陷后，根据图3所示的尺寸要求进行坡口制备，并注意清理坡口及边缘10-20mm范围内的油、漆、垢、锈直至发出金属光泽。

2.2 焊前热处理

为避免产生焊接冷裂纹，在氩弧焊打底焊接前必须对坡口及坡口两侧不小于3倍的管壁厚度区域采用电加热的方式进行预热处理，保障加热温度梯度的平稳。预热的温度为250-350℃，而预热升温的速度应小于或等150℃/h，采用热电偶的方式测温，当管道外壁的温度升至预热温度后，应保温2小时，确保坡口根部的温度达到预热及焊接工艺要求。

2.3 焊接工艺规范

为了保证焊接质量，在进行钨极氩弧焊打底焊接时，采用Φ2.5mm的TIG-R40焊丝，采取多层多道焊的方式，控制层间温度在200-300℃，并在焊接过程中逐层检查清理层间焊缝的缺陷，经过自检合格方可进入下一层焊缝的焊接，并确保氩弧焊打底焊接的焊层厚度不小于3mm。其中，氩弧焊打底焊接的参数如表3所示。

而且，为了更进一步地确保打底焊接的质量，以及汲取大规格管道打底焊接后马上继续电焊盖面以致后来才发现打底焊接有缺陷造成返修工作量较大的经验教训，我们严格管理焊接工艺流程，决定在氩弧焊打底焊接完成后，先做去氢处理，加热打底氩弧焊区域及热影响区至300℃，并恒温2个小时，而为了检测有无产生冷裂纹和再热裂纹，在至少12个小时后才进行磁粉与着色探伤检查，确认超标缺陷已消除、打底氩弧焊层焊接质量合格后才允许进入下面的手动电弧焊盖面作业。而手动电弧焊在填充、盖面焊接的时候采用Φ3.2mm的R407焊条，严格进行多层多道焊接方式，并注意控制层间温度不高于400℃，控制在200-300℃，尤其要仔细检查、清理层间焊缝缺陷，必须清理可见缺陷，防止气孔、夹渣、咬边等缺陷的产生。其中，电焊盖满面的参数如表4所示。

其中，特别要注重控制合适的焊缝层间温度，因为其对减小焊接线能量、降低焊缝应力水平、防止出现不良金属组织、控制焊接变形具有十分重要作用。且为保证焊接后续焊道时，对前一焊道有回火作用，控制每道焊缝的厚度在3mm以内，可有效防止氢含量的逐层累积以及产生的弯曲变形而带来的根部应力集中[2]。

2.4 焊后热处理

在电焊填充盖面完毕并检查合格后，必须马上进行焊后热处理。热处理时，要求加热宽度：从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm；保温宽度：从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的5倍，以减少温度梯度；温差控制：热处理的加热方法，应力求内外壁和焊缝两侧温度均匀，恒温时在加热范围内任意两测点间的温差应低于50℃。厚度大于10mm时，应采用感应加热或电阻加热。测温点布置：进行热处理时，测温点应对称布置在焊缝中心两侧，且不得少于两点。水平管道的测点应上下对称布置。热电偶与加热元件间应接触良好，固定可靠。焊后热处理时，升温速率应≤150℃，恒温温度为720-740℃，恒温1.5小时，焊后热处理工艺曲线如图4所示：

如果因施工原因，焊接工作未完，被迫中断或焊接工作完成之后，不能立即进行焊后热处理时，应做去氢处理，去氢处理规范为升温至300℃恒温2小时。

3 焊接质量检验

首先，对热处理后的补焊修复焊缝进行100%外观检查，检查有无夹渣、气孔、裂纹、咬边等明显缺陷；其次，依据JB/T4730.3-2005，对热处理后的补焊修复焊缝进行100&超声波、磁粉以及着色检测，没有发现超标缺陷，合格等级为1级；最后，用硬度计检查焊缝、热影响区以及母材的硬度，也无发现超标缺陷。补焊修复后的焊缝如图5所示。

4 结束语

依据A335P22钢的焊接性能以及容易产生焊接冷裂纹与消除应力时易产生再热裂纹特性，特别注意编制焊接工艺卡，规范焊接作业过程，尤其重视超标缺陷的挖除、坡口制备、无损检测确认缺陷消除、焊前预热、打底氩弧焊的工艺规范、打底氩弧焊的后热处理、无损检测确认打底氩弧焊的焊缝质量、电焊填充盖面工艺规范、焊后热处理、焊后无损检测等各道工艺流程，严格控制焊接层间温度，严格按照焊接工艺规范要求进行施焊作业，有效地保障了对再热蒸汽热段第#5道焊缝两处超标缺陷的去除以及补焊修复工作，取得了焊接合格、无损检测合格、热处理合格的良好效果，大修后至今运行良好，有效地保障了设备的可靠、安全运行，值得参考与借鉴。

参考文献

[1]刘素，潘金柱，李双锁，等.避免A335-P22厚管壁氩电联焊产生冷裂纹和再热裂纹的途径[J].石油工程建设，2010，36（3）：36-79.

[2]曹德辉，戴晟，王金芳.减温器12Cr1MoVG集箱三通焊接裂纹的补焊修复[J].电力建设，2012，33（1）：109-112.

作者简介：黄俊杰（1986-），男，汉族，广东，广州恒运企业集团股份有限公司，助理工程师，动力工程硕士学位，从事火力发电厂锅炉设备维护与管理工作。

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