天津北疆发电厂——锅炉12Cr1MoV集箱裂纹检验及处理情况介绍

1、 天津北疆发电厂天津北疆发电厂锅炉锅炉12Cr1MoV集箱裂纹检验及处理情况介绍集箱裂纹检验及处理情况介绍辛林祥辛林祥 主要内容问题发现过程介绍问题发现过程介绍情况分析和裂纹原因分析情况分析和裂纹原因分析裂纹修复技术措施裂纹修复技术措施裂纹修复技术难点裂纹修复技术难点焊缝裂纹修复及预防的技术思路焊缝裂纹修复及预防的技术思路 天津北疆发电厂天津北疆发电厂 问题发现过程介绍问题发现过程介绍 2008年年7月，月， 天津电建和西安热工院在我公司集箱安装前检验中，经磁天津电建和西安热工院在我公司集箱安装前检验中，经磁粉探伤发现粉探伤发现1#锅炉后烟井三个下集箱上有锅炉后烟井三个下集箱上有11处接管座发

2、生严重裂纹，材质均处接管座发生严重裂纹，材质均为为12Cr1MoV。（1 1）后烟井后包墙下集箱（）后烟井后包墙下集箱（45745796.9mm96.9mm）左侧集箱）左侧集箱3 3个个168mm168mm接管角焊缝接管角焊缝全部筒体侧熔合线处存在整周裂纹，全部筒体侧熔合线处存在整周裂纹， 2 2个个100mm100mm检查管接管角焊缝筒体侧熔检查管接管角焊缝筒体侧熔合线处存在裂纹；合线处存在裂纹； 天津北疆发电厂天津北疆发电厂（2 2）后烟井后包墙下集箱（）后烟井后包墙下集箱（45745796.9mm96.9mm）右侧集箱）右侧集箱3 3个个168mm168mm接管角焊缝接管角焊缝中，中，1

3、 1个筒体侧熔合线处存在整周断续裂纹，其余个筒体侧熔合线处存在整周断续裂纹，其余2 2个角焊缝筒体侧熔合线都存个角焊缝筒体侧熔合线都存在裂纹，在裂纹， 2 2个个100mm100mm检查管接管角焊缝中检查管接管角焊缝中1 1个筒体侧熔合线处存在裂纹；个筒体侧熔合线处存在裂纹； （3 3）后烟井隔墙下集箱（）后烟井隔墙下集箱（45745796.9mm96.9mm）左侧集箱）左侧集箱2 2个个168mm168mm接管角焊缝筒接管角焊缝筒体侧熔合线处存在整周裂纹或者整周断续裂纹。体侧熔合线处存在整周裂纹或者整周断续裂纹。 问题发现过程介绍问题发现过程介绍 天津北疆发电厂天津北疆发电厂 裂纹图片裂纹图

4、片问题发现过程介绍问题发现过程介绍 9 9月月8 8日，西安热工院再次发现，二号炉后烟井隔墙下集箱三个大接管日，西安热工院再次发现，二号炉后烟井隔墙下集箱三个大接管座开裂，材质全为座开裂，材质全为12Cr1MoV12Cr1MoV，开裂位置位于集箱熔和线处，而且有上锅消，开裂位置位于集箱熔和线处，而且有上锅消除裂纹后打磨的应力释放槽，磁粉显示痕迹长除裂纹后打磨的应力释放槽，磁粉显示痕迹长150mm150mm左右，渗透无显示。左右，渗透无显示。 天津北疆发电厂天津北疆发电厂问题发现过程介绍问题发现过程介绍 以上联箱主体为：以上联箱主体为：12Cr1MoV/12Cr1MoV/45745796.996

5、.9，管座为：，管座为：12Cr1MoV/12Cr1MoV/1681682020，骑座式角焊缝；裂纹沿角焊缝的联箱侧熔合线整圈或断续分布；在角焊缝横截骑座式角焊缝；裂纹沿角焊缝的联箱侧熔合线整圈或断续分布；在角焊缝横截面方向上，裂纹自角焊缝的联箱侧焊趾或其附近发生。苏州院的金相分析显示，面方向上，裂纹自角焊缝的联箱侧焊趾或其附近发生。苏州院的金相分析显示，主裂纹在熔合线母材侧的粗晶区、沿晶界开裂、发展，电镜下可见到冰糖块花主裂纹在熔合线母材侧的粗晶区、沿晶界开裂、发展，电镜下可见到冰糖块花样；主裂纹表面附有氧化膜，由此判断裂纹发生在热处理过程中，属于再热裂样；主裂纹表面附有氧化膜，由此判断裂纹

6、发生在热处理过程中，属于再热裂纹。（焊后纹。（焊后2424小时小时MTMT未发现裂纹，热处理后未发现裂纹，热处理后MTMT发现这批裂纹）发现这批裂纹）。 天津北疆发电厂天津北疆发电厂问题发现过程介绍问题发现过程介绍 2011 2011年年1010月，在月，在2 2号机组扩大性号机组扩大性C C修期间，中国特种设备检测研究院在二号锅修期间，中国特种设备检测研究院在二号锅炉定期内部检验过程中发现，与四个一级减温器相连接的八个三通全部产生裂纹，炉定期内部检验过程中发现，与四个一级减温器相连接的八个三通全部产生裂纹，其中七个程度较轻，只是局部较浅的表面裂纹，深度基本在其中七个程度较轻，只是局部较浅的表

7、面裂纹，深度基本在10mm10mm以内，三通总体以内，三通总体厚度基本在厚度基本在90mm90mm左右，有效厚度损失在左右，有效厚度损失在10%10%以内；但是分割屏左外侧入口三通裂纹以内；但是分割屏左外侧入口三通裂纹比较严重，不仅整圈开裂，而且局部深度达到比较严重，不仅整圈开裂，而且局部深度达到35mm35mm，以下是该批裂纹照片，以下是该批裂纹照片和和裂纹裂纹的的统计数据。统计数据。1、典型裂纹处理前后的照片典型裂纹处理前后的照片 天津北疆发电厂天津北疆发电厂 问题发现过程介绍问题发现过程介绍焊口位置焊口位置裂纹长裂纹长度度（mm）裂纹最大深度裂纹最大深度硬度（硬度（HB）上母材上母材-焊

8、缝焊缝-下母材下母材施工措施施工措施备注备注分割屏左外入口集分割屏左外入口集箱三通箱三通整圈整圈35155-247-176预热焊接中温回火预热焊接中温回火+高温回火高温回火35635645777.8分割屏左内入口集分割屏左内入口集箱三通箱三通西侧西侧4608177-267-140预热焊接中温回火预热焊接中温回火东北东北32012预热焊接中温回火预热焊接中温回火分割屏右内入口集分割屏右内入口集箱三通箱三通西侧西侧5005180-240-140打磨圆滑过渡打磨圆滑过渡东侧东侧7003分割屏右外入口集分割屏右外入口集箱三通箱三通东侧东侧30010175-240-150预热焊接中温回火预热焊接中温回火

9、西侧西侧2004低过出口第四个三低过出口第四个三通通整圈整圈7190-240-145预热焊接中温回火预热焊接中温回火40640645777.8低过出口第三个三低过出口第三个三通通半圈半圈4无无打磨圆滑过渡打磨圆滑过渡低过出口第二个三低过出口第二个三通通半圈半圈5打磨圆滑过渡打磨圆滑过渡低过出口第一个三低过出口第一个三通通西北侧西北侧1503打磨圆滑过渡打磨圆滑过渡低过出口低过出口 40684.2 分割屏入口分割屏入口35668.32 2、2 2号锅炉三通裂纹检查情况统计号锅炉三通裂纹检查情况统计 天津北疆发电厂天津北疆发电厂 问题发现过程介绍问题发现过程介绍 2012 2012年年4 4月，中

10、国特种设备检查研究院在月，中国特种设备检查研究院在1#1#锅炉定期内部检验中再次发现，锅炉定期内部检验中再次发现，与启动分离器相连的与启动分离器相连的2828根集箱中根集箱中2121根发生程度不同的裂纹，以下是该批裂纹的根发生程度不同的裂纹，以下是该批裂纹的统计数据和照片。统计数据和照片。集箱名称集箱名称安装焊缝总数安装焊缝总数发现裂纹数量发现裂纹数量缺陷比例缺陷比例顶棚过热器进口集箱顶棚过热器进口集箱12758%水冷壁出口集箱（左墙）水冷壁出口集箱（左墙）43（打磨消缺（打磨消缺2个）个）75%水冷壁出口集箱（右墙）水冷壁出口集箱（右墙）44100%水冷壁出口集箱（前墙）水冷壁出口集箱（前墙

11、）8788%1#锅炉锅炉12Cr1MoVG集箱三通处安装焊缝检测结果集箱三通处安装焊缝检测结果 天津北疆发电厂天津北疆发电厂问题发现过程介绍问题发现过程介绍该批裂纹的照片该批裂纹的照片如下所示：如下所示： 天津北疆发电厂天津北疆发电厂情况分析和裂纹原因分析情况分析和裂纹原因分析从宏观检查分析，发现的一次或多次裂纹均出现在集箱三通焊接接头三通侧熔从宏观检查分析，发现的一次或多次裂纹均出现在集箱三通焊接接头三通侧熔合线附近，并呈断续开裂，具有冷裂纹及再热裂纹特征。合线附近，并呈断续开裂，具有冷裂纹及再热裂纹特征。裂纹金相照片显示，其裂纹沿焊接接头热影响区的粗晶区的晶间开裂，具有明裂纹金相照片显示，

12、其裂纹沿焊接接头热影响区的粗晶区的晶间开裂，具有明显的再热裂纹特征。综合考虑裂纹形成的原因，主要有以下几方面：显的再热裂纹特征。综合考虑裂纹形成的原因，主要有以下几方面： 1 1、12Cr1MoVG12Cr1MoVG钢再热裂纹倾向钢再热裂纹倾向 12Cr1MoVG 12Cr1MoVG钢由于钢中钒元素（钢由于钢中钒元素（V V）的加入对再热裂纹产生敏感，在针对性）的加入对再热裂纹产生敏感，在针对性工艺不合适的情况下产生再热裂纹的可能性较大工艺不合适的情况下产生再热裂纹的可能性较大。 2 2、集箱三通焊接接头的结构特征、集箱三通焊接接头的结构特征 集箱壁厚大，结构复杂，且存在结构突变部位，导致热处

13、理操作困难，部集箱壁厚大，结构复杂，且存在结构突变部位，导致热处理操作困难，部分区域硬度超标，也是造成焊缝早期失效开裂的原因之一。分区域硬度超标，也是造成焊缝早期失效开裂的原因之一。 3 3、集箱三通焊接接头的力学特征、集箱三通焊接接头的力学特征 集箱三通与接管焊接接头处在管系受力复杂部位，且由于该处结构的变化集箱三通与接管焊接接头处在管系受力复杂部位，且由于该处结构的变化，导致的应力集中作用明显，也是诱发接头裂纹的一个因素。，导致的应力集中作用明显，也是诱发接头裂纹的一个因素。 天津北疆发电厂天津北疆发电厂焊缝裂纹修复及预防的技术思路焊缝裂纹修复及预防的技术思路焊缝裂纹修复及预防的技术思路焊

14、缝裂纹修复及预防的技术思路主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：1 1、由于、由于12Cr1MoVG12Cr1MoVG钢集箱三通系统结构尺寸大、拘束应力大等因素，修复焊接钢集箱三通系统结构尺寸大、拘束应力大等因素，修复焊接接头同样可能会产生冷裂纹和再热裂纹，因此焊接及焊后热处理工艺不仅要防接头同样可能会产生冷裂纹和再热裂纹，因此焊接及焊后热处理工艺不仅要防止冷裂纹，更要采取针对性强的措施防止再热裂纹产生。止冷裂纹，更要采取针对性强的措施防止再热裂纹产生。2 2、合理调整管系结构尺寸及支吊架，使管系的附加应力降低到可能低应力水、合理调整管系结构尺寸及支吊架，使管系的附加应力降低到可能低应力水平

15、状态，防止裂纹产生。平状态，防止裂纹产生。3 3、采用超低氢型高韧性不预热、采用超低氢型高韧性不预热R317LR317L焊条，使焊缝金属扩散氢含量降低到可能焊条，使焊缝金属扩散氢含量降低到可能低的程度，使焊缝金属在满足强度要求的条件下，使塑性和韧性得到提高，对低的程度，使焊缝金属在满足强度要求的条件下，使塑性和韧性得到提高，对防止冷裂纹和再热裂纹均有利。防止冷裂纹和再热裂纹均有利。 4 4、为防止再热裂纹，焊后热处理温度应尽可能减少、为防止再热裂纹，焊后热处理温度应尽可能减少500500700700再热裂纹敏感再热裂纹敏感温度区间停留时间。温度区间停留时间。 天津北疆发电厂天津北疆发电厂裂纹修

16、复技术难点裂纹修复技术难点1 1、12Cr1MoVG12Cr1MoVG钢具有一定的冷裂纹和再热裂纹倾向，因此在焊接、热处理过程钢具有一定的冷裂纹和再热裂纹倾向，因此在焊接、热处理过程中应采取措施防止产生冷裂纹和热裂纹；中应采取措施防止产生冷裂纹和热裂纹；2 2、集箱三通及管道的结构尺寸较大，尤其是三通及管道壁厚较大，这就对焊、集箱三通及管道的结构尺寸较大，尤其是三通及管道壁厚较大，这就对焊接过程产生不利因素，应采取措施避免出现冷裂纹；接过程产生不利因素，应采取措施避免出现冷裂纹；3 3、焊缝连接工件的结构尺寸有一定的差异，集箱三通的壁厚可达到、焊缝连接工件的结构尺寸有一定的差异，集箱三通的壁厚

17、可达到90mm90mm以上以上，结构上的差异不仅对焊后的焊缝残余应力造成不利影响，而且使焊后热处理的难，结构上的差异不仅对焊后的焊缝残余应力造成不利影响，而且使焊后热处理的难度增加。度增加。 裂纹修复技术难点裂纹修复技术难点主要有以下三个方面：主要有以下三个方面： 天津北疆发电厂天津北疆发电厂裂纹修复技术措施裂纹修复技术措施 总体方案根据实际裂纹严重程度（最终裂纹打磨消除后的长度、深度）总体方案根据实际裂纹严重程度（最终裂纹打磨消除后的长度、深度）分为三种情况，实际执行后再未发现裂纹。分为三种情况，实际执行后再未发现裂纹。1 1、打磨消缺、打磨消缺适用范围：浅且短的裂纹修复适用范围：浅且短的裂

18、纹修复技术要求：打磨裂纹后目视及磁粉检查裂纹消除，打磨部位于母材圆滑过技术要求：打磨裂纹后目视及磁粉检查裂纹消除，打磨部位于母材圆滑过渡，进行该处壁厚测量不小于所接直管最小设计壁厚为合格渡，进行该处壁厚测量不小于所接直管最小设计壁厚为合格。 2 2、打磨消缺预热焊接中温回火热处理、打磨消缺预热焊接中温回火热处理适用范围：浅但较长的裂纹修复适用范围：浅但较长的裂纹修复技术要求：打磨裂纹后目视及磁粉检查裂纹消除，打磨部位制作坡口，进技术要求：打磨裂纹后目视及磁粉检查裂纹消除，打磨部位制作坡口，进行预热焊接（焊条电弧焊）修复，后进行中温回火热处理，无损检查合格且行预热焊接（焊条电弧焊）修复，后进行中温回火热处理，无损检查合格且焊缝硬度检验满足焊缝硬度检验满足DL/T869DL/T86920042004中规定的不大于中规定的不大于270HB270HB且小于母材硬度且小于母材硬度100HB100HB为合格。为合格。 天津北疆发电厂天津北疆发电厂裂纹修复技术措施裂纹修复技术措施 天津北疆发电厂天津北疆发电厂裂纹修复技术措施裂纹修复技术措施3 3、打磨消缺预热焊接高温回火热处理、打磨消缺预热