文/温吉利 冯冰潇 符栋良

【特种设备专栏】

锅炉集箱环缝裂纹原因分析及预防措施

文/温吉利 冯冰潇 符栋良

裂纹会对锅炉运行安全造成极大威胁，在锅炉制造过程中必须予以重点预防。本文通过对锅炉集箱环缝裂纹产生的原因进行分析，针对性地提出了几点预防措施。

锅炉集箱裂纹原因分析预防措施

上海某厂制造的一台600 MW超临界电站锅炉，额定蒸发量2 141 t/h，额定工作压力25.4 Mpa，额定蒸汽温度571℃。在对此台锅炉进行制造监督检验过程中，发现后烟井左侧墙上集箱（材料牌号为SA335—P12）、分隔屏过热器进口集箱（材料牌号为SA335—P12）、水冷壁左侧及右侧墙下集箱（材料牌号为SA106—C）和末级过热器出口集箱（材料牌号为SA335—P91）5个集箱，均存在环缝裂纹。经查，此5个集箱的焊接工艺均评定合格，且焊工资格都符合要求。以下对环缝裂纹产生的原因进行分析。

一、宏观检查

经现场查看，集箱环缝裂纹分布有如下规律：裂纹呈环向分布，且为浅表层裂纹，其深度于上表层0 mm～5 mm区域内，且均呈断续状；末级过热器出口集箱的裂纹基本分布在焊缝中间，裂纹形貌如图1所示；其余4个集箱出现裂纹的部位在环缝的热影响区，裂纹形貌如图2所示。各集箱所使用材料以及裂纹产生位置情况如表1所示。

图1 焊缝中间裂纹形貌

图2 热影响区裂纹形貌

二、集箱材质化学成分和力学性能

各集箱原始质量证明书中的化学成分和力学性能指标分别列于表2、表3（集箱3#与集箱4#使用的材料为同一牌号、同一批次），各指标均在标准允许的范围内。

三、裂纹原因分析

SA335－P91为9Cr－1Mo－VNb钢，属回火马氏体钢，是在P9材料基础上通过加入一定的V、Nb元素，同时控制N、Si、Al元素含量，经过一定改良而发展起来的。这种钢的焊缝金属韧性对焊接线能量和层间温度极其敏感，且焊缝金属中的V、Nb在凝固冷却过程中难以呈微细的碳化合物析出，所以在焊接线能量过大和层间温度过高的情况下，焊缝韧性远不如母材。根据目前公认的热裂纹理论，V、Nb在钢中的含量对热裂纹的产生有极大促进作用，V和Nb含量越大，越容易产生热裂纹。因此，当焊接线能量过大和层间温度过高时，SA335－P91易在韧性较差的焊缝部位产生热裂纹。末级过热器出口集箱（集箱5#）的裂纹刚好出现在焊缝中间，且从表2所列该集箱（集箱5#）的化学成分来看，其V元素含量为0.23，已接近该材料标准的上限值0.25，因此根据裂纹部位、形态、V元素含量、材料性质综合判断，末级过热器出口集箱的裂纹为热裂纹，其产生的原因跟层间温度过高、焊接线能量过大等因素有关。

表2 集箱本体材料化学成分

表3 集箱材料力学性能

SA335－P12为1Cr－0.5Mo钢，属珠光体耐热钢，其焊接性能良好，但由于有空淬倾向，易产生冷裂纹。SA106－C为碳钢，其焊接性能优良，但如果达到一定厚度时，由于其拘束度较大，在焊接线能量过大或冷却速度过快等情况下也易产生冷裂纹。材质为SA335－P12和SA106－C的4个集箱（集箱1#～4#）的裂纹均属浅表层裂纹，且都位于热影响区。焊接工艺显示，这4个集箱环缝上表层的焊接方法都是自动埋弧焊，在焊接盖面过程中最后一道焊缝可能是在裂纹侧，这时焊接线能量较大，而实际过程中未按工艺要求采取减缓冷却速度的方法，包括未充分利用“退火焊道”的原理，以及未按工艺要求采取焊后立即进行消氢处理等原因，造成焊缝部位残余应力过大，从而引起较为薄弱的热影响区浅表层开裂。据此判断，这4个集箱产生的裂纹应为冷裂纹，它主要由过大的残余应力、扩散氢及淬硬性组织的共同作用形成。

综上所述，材质为P91的集箱产生的裂纹应为热裂纹，材质为SA335－P12、SA106C的4个集箱产生的裂纹应为冷裂纹。造成这5个集箱产生裂纹的根本原因概括为以下两点：

·焊工未严格按焊接工艺施焊，存在层间温度过高、焊接线能量过大、预热温度不够、冷却速度过快、消氢不及时等多种不利于焊接质量的因素；

·焊接工艺还有待进一步完善，目前焊接工艺虽然评定合格，但其对参数波动尤为敏感，导致焊工实际施焊过程中即使参数略有变化，却对焊接质量产生重大影响。

四、预防措施

企业应进一步加强工艺验证工作，逐步优化焊接工艺，减轻焊接质量对参数波动的敏感性；提高焊工的质量意识，加强工艺纪律检查。良好的工艺纪律是高水平制造工艺正常实施的前提，否则制造工艺将失去它的意义，直接受影响的是锅炉质量。为了避免产生热影响区浅表裂纹，在焊接盖面时可充分利用“退火焊道”的原理，即在最后一道焊缝焊接后，再采用小规范加焊一道，这样在焊接热影响区产生浅表裂纹几率可大大降低。监督检验人员在今后工作当中，应进一步加强对焊接工艺参数的现场抽查力度。

[1]刘金山,于惠君.电站锅炉检验[M].北京:化学工业出版社,2003.

[2]邹广华,刘强.过程装备制造与检测[M].北京:化学工业出版社,2012.

[3]闫康平.工程材料[M].北京:化学工业出版社, 2010.

（作者单位：上海市特种设备监督检验技术研究院）

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近日，地方标准DB33/T944-2014《“浙江制造”评价规范》正式批准发布。该标准由浙江省标准化研究院、浙江省质量技术审查评价中心和方圆标志认证集团有限公司联合起草，并于今年11月27日正式实施。

浙江省不是制造强省，对此，浙江省政府办公厅专门下发《关于打造“浙江制造”品牌的意见》，明确提出要完善“浙江制造”标准体系，以高标准带动质量水平提升。浙江省质监局积极落实，组织有关单位开展《“浙江制造”评价规范》地方标准的研制工作，着力构建完善第三方评价体系。

《“浙江制造”评价规范》分为“通用要求”和“管理要求”两部分，明确了“浙江制造”的定义和内涵，从品质卓越、自主创新、产业协同、社会责任四个方面阐明了“浙江制造”的认证特性，并提出了“浙江制造”基本条件。该标准的实施将有助于提升全省企业质量管理水平，提高产品质量，培育壮大“浙江制造”品牌，加快浙江制造业转型升级，推动“浙江制造”走向世界。

Crack would cause a great threat to the safe operation of the boiler,thus should be the main focus of prevention during boiler manufacturing process.The article analyzes the cause for cracks on boiler header ring,and puts forward several preventive measures.

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