台山电厂6号锅炉T23水冷壁管焊后易产生裂纹的解决方案

王百颂

【摘 要】因为T23钢的固有特性，使得其在用于锅炉水冷壁后由于检修工艺受现场条件限制不容易控制，容易产生再热裂纹。本文通过通过对其裂纹产生的原因分析，制定了简单实用的检修工艺，并在台山电厂6号机组大修中实施了此工艺，取得了成功，为大型电厂锅炉T23水冷壁管焊后易产生裂纹找到了解决方案。

【关键词】T23 水冷壁管；焊接；裂纹；施工工艺

0.概述

广东台山电厂2×1000MW超超临界压力直流锅炉为上海锅炉厂设计、制造的3091t/h超超临界变压运行直流炉。锅炉的水冷壁采用下部螺旋管圈和上部垂直管圈的形式，螺旋管圈标高39m以上及垂直管圈管材均为国产T23钢，锅炉受热面于 2009年03月27日开始安，2010年02月11日完成锅炉水压试验，2011年3月29日10：08通过168h运行，移交生产。

1.T23钢水冷壁产生裂纹的原因分析

台山电厂6号炉于2011年3月投入运行，至2012年8月停炉大修，共启停4次，累计运行时间约8490h，累计停炉时间4749h。机组历次检修发现的水冷壁裂纹缺陷统计见图1

2012年8月机组停炉大修，大修中对T23水冷壁安装焊口射线检查7868道，共发现缺陷1289道（全部为垂直于焊缝的横向裂纹），缺陷率16.38%。

具体裂纹形状如图2

裂纹原因分析。

T23（HCM2S）钢是在T22（2.25Cr-1Mo）钢的基础上吸收了102钢的优点改进的，600 ℃时其强度比T22高93%，与102钢相当，但由于C含量降低，其加工性能和焊接性能均优于102钢。在一定的焊接工艺条件及焊前不预热、焊后不热处理的条件下，T23钢的焊缝和热影响区的硬度均低于350 HV10。该钢中同时加入合金元素W、V和Nb，以弥补碳C含量降低对高温蠕变强度带来的不利影响。W、V和Nb等都是沉淀强化元素，会增大再热裂纹倾向。虽然可以取消焊后热处理，但该钢在一定的高温条件下仍有可能产生再热裂纹。

经对台山电厂6号锅炉水冷壁T23钢大量取样试验研究，结果发现台山电厂6号锅炉水冷壁T23钢再热裂纹非常敏感，敏感温度区间为580度-750度，最敏感的温度在630度附近，与传统的低合金耐热钢相比，虽然合金化改良使T23钢的冷裂纹敏刚性得到改善，但再热裂纹裂纹倾向明显增大。

台山电厂T23钢水冷壁泄漏主要集中在锅炉螺旋水冷壁四角焊接接头处，对该区域进行应力测试，从测试结果看，最高测点的最大应力达389MPa，已接近T23钢材料标准屈服极限下限，应力值最小测点为121MPa，其余测点的最大主应力值在200～300MPa，所测点应力值均偏高；测试证明T23钢的塑性储备能低、韧性差，焊接应力较高。

综合上述试验分析结果，台山电厂6号锅炉T23水冷壁焊接接头产生大量裂纹的原因为：由于台山电厂6号锅炉T23钢再热裂纹敏感，在对口焊接过程中对前道焊缝或者热影响区有高温回火的作用，导致前道焊缝或者热影响区产生晶间弱化的现象，并且部分晶间聚集大量孔洞。另外由于T23钢含有多种强化元素，如Cr，Mo，V，W等均增加了材料的淬硬性，导致T23钢焊接接头塑性储备能低、韧性差，焊接应力较高，无法靠晶间或者晶粒变形来释放部分应力，锅炉在运行、启停过程中，T23钢焊接接头在焊接应力、热应力、介质应力等共同作用下，晶界逐渐产生裂纹最终导致焊接接头开裂泄漏。既台山电厂6号锅炉T23管焊接接头裂纹性质为较大的综合应力引发的再热裂纹。

2.防止T23钢焊接接头产生再热裂纹施工工艺

为了防止再热裂纹发生，可从冶金因素和工艺因素2个方面入手解决。

就冶金因素而言，目前再建或已投产的机组确定不变，在T23钢化学成分也确定的情况下只有通过采取一定的工艺措施防止再热裂纹的产生与扩展。

工艺措施，目前从焊接工艺和热处理工艺两个方面入手解决。

2.1焊接工艺

（1）割管长度为500mm，特殊部位（角部或刚性梁等）割管长度至少不能低于200mm，管子的对口间隙应保持在2-2.5mm之间。

（2）T23焊口焊接采用全氩弧焊，焊接时选用的焊丝必须经工艺评定合格，焊接电流以焊接现场就地焊接点测量值为准，且焊接电流<130A。

（3）点固焊采用氩弧焊，点固焊位置在坡口跟部，因现场检查发现裂纹多在6点或12点位置发生，因此点焊固定位置应避开6点和12点的位置，为方便现场点焊和打磨工作方便，点焊位置确定在11（13）点或5（7）点钟位置，在打底层焊接至焊固点附近时，需将点固焊彻底打磨清除，焊接过程中注意打底层不得与点固焊拉边和搭接。

（4）焊接前做充氩保护，焊接前的预热温度为：150～200℃（目标值200℃）。预热方法为氧气—乙炔中性火焰加热方法，预热的宽度从对口中心开始算，每侧不小于100mm。 火焰中心应在管子的轴向方向上均匀移动，以使管子能充分预热，管子的向火面和背火面应同时进行预热。采用远红外测温仪或测温笔进行检查预热温度，以确保焊前能达到所需的预热温度。

（5）对口焊道采用3层4道（盖面层2道），焊道与焊道之间必须要圆滑过渡，不允许产生沟道，焊接完成注意收弧质量，不允许产生缩孔，如产生缩孔，需要打磨清除并补焊，补焊工艺严格按工艺进行。焊接过程中需将炉内、外侧打底层焊接完成后方可进行第二道的填充工作；同理，待炉内、外侧填充层焊接完成后方可进行第三层的盖面工作。同一根管的焊接必须先焊接完成单侧焊口后才能进行另一侧的焊口打底焊接工作。焊道对接处不允许选在6点和12点位置，且要盖过对接的落弧点，每个对接点不得在同一位置，即错位布置，焊接中如无选用高频电焊机，即无衰减功能时，焊道焊接结束前应向坡口处收弧，防止溶液不足导致焊道厚度减薄产生裂纹。

（6）在进行次层（次道）焊缝的焊接前，用远红外测温计测量层间温度，层间温度不超过300℃时可进行下一层（下一道）焊接。

（7）为减少焊接变形和高空作业的危险性，宜采用两人对称焊接，对接焊口的熔敷金属应均匀。

（8）施焊中，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满。上下层的焊缝，以及同一层的两道焊缝的接头至少错开10mm。

（9）焊工完成单侧对接焊口焊接后，对焊缝进行清理并及时用保温棉进行覆盖缓冷，待另一侧焊口焊接完成后立即用火焰加热对两侧焊口同时进行后热，后热温度为300℃，加热范围为焊口两侧不少于100mm，后热温度达到后立即在焊口向火面和背火面都覆盖硅酸铝保温棉（每侧不少于150 mm）使焊口缓冷到室温。如果焊口焊接过程中断，应立即进行后热并缓冷到室温，重新恢复焊接前应再次进行预热。

2.2密封焊接工艺

密封焊接要求炉外单面焊，开坡口，全氩弧焊接，焊接两遍。焊接方法为手工氩弧焊，焊丝标准号推荐为R30，规格为Φ2.5（或2.6）。焊前用氧气—乙炔中性火焰进行预热，预热温度推荐为200～250℃，火焰应均匀移动，以使管子和鳍片充分预热。鳍片按照100mm距离进行跳焊。

2.3热处理工艺

采用电加热方式进行局部热处理：热处理规范为730±10℃×0.5h，当加热到400℃时，加热速度控制在≤220℃/h，保温后冷却速度控制在≤275℃/h，冷却至400℃后用保温材料包覆缓冷至室温。至少在炉膛内外焊缝上各搭一点控温热电偶，加热范围为焊缝及其两侧母材各不小于150mm 区域，并沿管子或管排环向包覆。热处理规范如图3 所示。

3.结论与建议

台山电厂6号机组于2012年11月26日大修结束后进行27.46MPA工作压力水压试验，没有发现漏点，12月4日机组点火启动，运行中没有发现漏点，因电网原因，机组于12月6日停机等待启动运行，停机过程中没有发现水冷壁泄漏，本次启动停机创造了锅炉自基建安装结束至今首次锅炉启动停炉后未发现泄漏点。6号机组自运行至今207天，中间经过6次启停均无泄漏点，充分证明此种工艺对T23水冷壁管在施工焊接过程中容易产生再热裂纹起到了很好的根治作用，这在国内都是首创对于1000MW机组锅炉T23水冷水冷壁管的焊接施工具有指导意义。

【参考文献】

[1]王学，徐德录，陈玉成等.T23钢再热裂纹敏感性.

[2]成鹏，赵建仓.超超临界锅炉T23钢水冷壁裂纹原因分析.

[3]张波，高子瑜，王德泰等.HCM2S钢再热裂纹敏感性的试验研究.