火电厂集箱管座角焊缝裂纹原位修复的工艺改进

引言

霍林河坑口电厂为2×600Mw机组,锅炉为亚临界压力、一次中间再热、控制循环汽包炉,采用平衡通风、直流式燃烧器四角布置切圆燃烧方式。集箱由筒身、连接管三通、端盖、集箱管座、手孔等组成,可提高锅筒的安全性能。由于集箱结构特性,集箱筒体呈多规则管孔密集排列,与接管座角焊连接。

1背景概况

锅炉受热面集箱角焊缝发生裂纹:集箱制造期间焊接完毕后不能及时进行整体热处理产生热裂纹:停机后锅炉速冷,金属材料降温速率过快,造成集箱剧烈晃动,焊接束缚的管束产生非对称循环变应力,多次作用在集箱角焊缝上造成集箱角焊缝失载。集箱上的接管座形状复杂,加热时不易保持温度均匀,用常规热处理手段难以在现场进行有效的热处理。

本文针对焊接的特点,特制不同形状和功率的远红外加热器,对整个焊缝区域和不同壁厚的集箱筒体和集箱管座及角焊缝实行分布加热,监控加热区域温度分布状况,实现了对集箱角焊缝裂纹原位修复的工艺要求。

2实验方案

2.1焊接材料的选用

异种钢焊接接头的焊接材料采用低配原则,即不同强度钢材之间的焊接,其焊接材料选适于低强度侧钢材。以sA335-P22(集箱母材）与P91(接管座母材）异种钢焊接为例,应选择ER40合金焊丝打底,合金焊条E6015-B3相当于AwsE9015-B3,它是低氢钠药皮的含Cr2.5%-Mo1%的珠光体耐热钢焊条,采用直流反接,可全位置焊接,焊接工艺良好。焊前焊件需预热至200～300℃。

2.2焊接工艺基本要求

焊前焊件清除油、水、锈等杂质:焊前预热到250℃,1h后焊接:气体保护焊接时风速小于2m/s:焊接前焊条需经350℃烘焙1h,随烘随用保持短电弧,使用后退前进法焊接,避免起弧处产生气孔。一条焊道尽可能一次焊完不间断,受热面排管焊接接头在焊接热处理中若加热中断,允许以环冷方式冷却至室温,并在24h内进行后热处理。其余焊接接头若加热中断,应启动备用电源,完成后热过程,缓冷至室温。

2.3热处理设备及材料

DwK-A-288电脑温控仪一台,六路输出:sCD绳式远红外加热器两套,规格为18.5m、20kw、220V:工装绳式远红外加热器两套,规格为4.625m、2.5kw、55V:EU-2铠装热电偶若干,长1000mm,外径5mm:硅酸铝耐火纤维毯若干。集箱筒体sA335-P22(6508×85mm）,集箱管座P91(658×9mm）。

3热处理过程

3.1测温点选取

考虑管座结构特点,在加热区内,从焊缝中心算起,两侧每间隔75mm选一个温度测点,布置8个温度测点(图1）。将热电偶分别在各测温点布置好,热电偶的端部冷热端用点焊机点牢,并用铁丝将热电偶的尾部绑扎在管径上。

3.2加热器布置方式

用2.5kw、4.625m绳式加热器自下而上缠绕在集箱管座上,将20kw、18.5m绳式加热器以角焊缝为中心向外缠绕,覆盖在管座接头的集箱筒身上,需保持角焊缝覆盖良好,圈与圈之间紧密相接(图2）。在集箱管座上绕10圈绳式加热器,集箱筒身上绕13圈绳式加热器。用厚3mm、宽20mm相应长度的扁铁制作专用夹具,沿接头的曲面形式用六根扁铁制作成不同形状的夹头,压紧已缠绕好的加热器,两头分别在集箱筒身上和集箱管座上点焊牢固。用硅酸铝耐火纤维毯覆盖其接头。

图2加热器的缠绕及固定

3.3热处理工艺设定

按照DL/T869一2012《火力发电厂焊接技术规程》有关规定,制定热处理工艺:升温速度为75℃/h、加热至750℃,保温时间为1h,降温速度为75℃/h、降温至300℃以下不控制,缓冷至常温。

按照试验要求分别在A、B、C、D、E、F、G、H温度布点处进行测温数据采集,表1截取了部分采集数据。试验过程能够准确实现工艺规程,保证热处理工艺的准确性。

4结果检查及工艺评定

4.1结果检查

DL/T869一2012《火力发电厂焊接技术规程》有关标准规定,焊缝硬度不应低于母材硬度的90%,不应高于母材布氏硬度加100。本试验热处理完成后分别对上述八个布点进行硬度检查,结果显示,焊缝及其热影响区的硬度能达到热处理工艺所需的要求。

4.2工艺评定

根据本试验工艺设定,及时完成了对集箱角焊缝的现场修复,实现了对多规则管孔集箱角焊缝的原位修复工艺,为锅炉快速恢复和安全运行提供了简洁有效的措施,从而大大节省了电厂在修复过程中产生的费用,并提高了电厂生产运行产能。

4.3后续管理措施

1）应严格控制机组启停的升降温速率:

2）当受热面温度高时,减温水投入应适量,避免受热面设备降温速率过快造成失载现象:

3）锅炉停炉后,应采用闷炉的方法,避免锅炉受热面受到强制冷却,使金属材料组织受到破坏。

5结语

本文采用绳式和特制加热器进行集箱管座接头异形角焊缝焊后热处理,满足了对集箱筒身和接管座的不同壁厚选用不同加热器功率的要求,保证了热处理温度的需要。采用本工艺对48个集箱管座进行修复,无需集箱整体返厂消除裂纹缺陷后再集中热处理,经过3年运行未出现裂纹和泄漏现象,保证了焊接热处理质量。本文实现了对多规则管孔集箱管座接头角焊缝裂纹原位处理,解决了现场角焊缝修复难的问题,能保质保量完成现场及时检修任务,为电厂提高产能做出贡献。