锅炉高温管系炉顶密封罩焊接风险的探讨

摘 要：目前在锅炉制造行业里，人们非常关注焊接质量，更多地关注着锅炉承压的对接接头，而对于受压管件表面的附件焊接往往易于忽视或至少重视程度不足。诸如本文所提及的高温管屏上部炉顶密封罩的焊接。虽然其仅属于附件与受压件表面连接的角焊缝焊接，可是一旦疏忽，产生裂缝的几率是不低的，其造成的影响和损失与承压焊缝出现质量问题一样严重，甚至更加麻烦。

关键词：焊接技术；产品模拟试验；结果分析

中图分类号：TK22 文献标识码：A

随着现代大容量锅炉炉膛密封技术水平的发展，密封结构型式的日趋成熟，其中炉顶部分上许许多多高温部组件（各级过热器和再热器）管屏多数采用由两片梳形板组成的焊接结构型式的密封罩来完成悬吊管屏处在炉顶位置的烟气密封。由于这部分管屏所处高温，管内介质温度、压力也高，管屏选用的材料都是12Cr1MoVG以上材质，更多的是SA213-T22、T23、T91、TP304H、TP347H或钢102等。众所周知，这些材质的可焊性，产生裂纹的倾向性都有着不同程度的敏感风险。这些材质的小口径管子对接焊缝在成熟的焊接工艺指导下、合格焊工的操作技能及有效的无损检测控制下，都能取得良好的接头质量。反观，这些材质管子表面的焊接条件就比较复杂，无损检测控制也只能作一个表面探伤，一旦不予重视，若附件结构存在一定刚性拘束力，其出现裂纹的几率远大于管子对接接头。更严重是其出现的熔合线冷裂纹总裂入管材。

我们厂曾在某生产令号30万千瓦/时的锅炉的高温过热器密封罩焊接处发现一定数量的裂纹，并延伸至管子母材。尽管数量不多，但造成的检测和返修费用很大。联想主机厂此类构件（管壁较薄的再热器）出现多起裂缝泄露事故，我们厂为了弄清原因，吸取教训，最大程度地避免今后重复再犯，我们及时列题进行焊接工艺试验。

焊接工艺试验分小试样角焊缝拘束试验焊接和模拟产品管排试验焊接。

一、小试样角焊缝拘束试验焊接

拘束试样采用两种管子φ51×8/T91和φ51×9/12Cr1MoVG长度L400和扁钢

L400×B100×δ6/12Cr1MoV。为增加试样拘束度，在试验管一侧先焊上δ16/

12Cr1MoV板条，如图1所示。

试焊条件：1）T91管上选用高中低匹配三种焊条即CM-9CB，R407，R317，12Cr1MoVG管上只选用R317一种焊条。2）不预热，单层焊，空冷（当时试验室温～20℃）。3）不预热，单层焊，冰水冷（当时冰水已化～5℃）。4）预热150℃以上，单层焊，空冷。5）不预热，单层焊，后热300℃/0.5h。

焊后经磁粉探伤检查结果：

1 T91管上采用CM-9CB焊条，在上述2）～5）条件下，角焊缝未见裂纹。

2 T91管上采用R407焊条，在上述4）预热条件下试验焊缝上未见裂纹，其它条件下都存在长度不同（20～50mm）的个别裂纹。

3 T91管上采用R317焊条，在上述4）预热条件下未见裂纹，其它条件下都存在裂纹，尤其在上述2）、3）条件下，几乎全长度试验焊缝有裂纹。

4 12Cr1MoVG管上采用R317焊条，在上述任一条件下未见裂纹。

二、模拟产品管排试验焊接

在小试样角焊缝拘束试验基础上，进行模拟产品管排试验。如图2所示。考

虑到12Cr1MoVG管在小试样角焊缝拘束试验时未发现裂纹，所以模拟产品管排试验焊接只采用φ51×8/T91管子而不采用12Cr1MoVG钢管（注：实际产品的管屏此部分管子都由二至三种钢管组成，包括奥氏体钢管。一旦管屏边缘管子是采用SA213-TP304H或TP347H钢管，则此不锈钢管的密封角焊缝焊接时不宜预热）。模拟试样梳形板宽度同产品24支管。为增加刚性，试验用δ6/12Cr1MoV（产品已改结构，此梳形板改为δ4/12Cr1MoV，以降低此处拘束应力）。最不同的是产品管屏是长度很大的整片管排，其有更大拘束力。

模拟产品管排试样数量为两组（P1和P2），每组试验焊接仍选用高中低匹配三种焊条，并在管排的24支管子上三种焊条交隔施焊。试焊条件尽量苛刻，两管排均不预热单层焊；P1管排用焊条按正常要求焙烘，放入焊条筒保温施焊，P2管排用条不予焙烘，三种焊条焊接次序为R317先焊，R407在相邻管子上后焊，最后CM-9CB在管排与梳形板相对固定死的条件下，即CM-9CB焊条是在两侧管子与梳形板焊缝的拘束条件下焊接。焊后，对管排正反面角焊缝进行肉眼检查和磁粉探伤。

检查结果：

1 P1管排中8个用R317焊的角焊缝有3个和8个用R407焊的角焊缝有2个出现熔合线裂纹，只有CM-9CB在拘束最大的情况下均未出现裂纹。

2 P2管排中，由于三种焊条未经焙烘，熔合线裂纹数量比P1管排明显增多。其中用CM-9CB焊条的焊缝上也出现一条裂纹，熔合线上未见裂纹。

3 上述两种试验结果分析

3.1 小试样角焊缝拘束试验结果最显著表明之一的是焊条的选用。对于裂纹敏感性强的T91管上附件焊接选用熔敷金属与T91同等成分的CM-9CB焊条是最合适的。试验中采用按正常要求焙烘的CM-9CB在任一条件下均未见裂纹。

3.2 小试样角焊缝拘束试验结果最显著之二表明的是T91管上附件焊接对焊接区域进行～200℃的预热是十分合理的。试验中凡进行均匀预热的试件，即使是使用了易产生裂纹的低匹配成分的焊条，因有了焊后缓冷的条件，也降低了裂纹倾向性，未出现裂纹。预热是避免此类焊接产生裂纹的重要措施（充分条件）。

3.3 从模拟产品管排试验结果，P2试件与P1试件的裂纹倾向性比较，明显地反映出T91成分材质的焊接氢致裂纹尤为敏感。为最大程度地避免出现裂纹，焊条在施焊前按规范要求焙烘和保温是必不可少的。

3.4 从P1管排试件和P2管排试件上的开裂焊缝位置来看，比较集中在管排中间管束上角焊缝。由此可见，此类拘束结构的焊接顺序也应给予注意。即从中间向两侧施焊为宜。

3.5 在本次模拟产品管排试验中，为了减少对试验结果的干扰，梳形板加工和两片梳形板间的装配的质量都是比较良好，即梳形板与管子间的间隙较小且较均匀，在施焊前，焊接区域得到一定程度的清理。而生产实际情况则比较复杂。为了最大程度地避免裂纹产生，对于此类具有一定拘束力的产品附件焊接，其外部条件也应必须得以重视。

结语

大容量电站锅炉高温管系炉顶密封罩虽然结构存在一定的拘束力，管材存在较大的焊接裂纹倾向性，但只要选用合适的焊条，采取必要的预热，执行焊条的焙烘和保温，重视装配质量和焊接坡口区域清理，此类焊接完全能避免裂纹的产生。

其次，对于此类管排的密封结构大力推荐管子与密封罩之间增加套管结构，尤其对于管排材质为T22、T91等以上材质的，必须增加套管。因为密封罩的焊接拘束应力是不可避免的，在运行过程中由于交变载荷的作用产生开裂的几率还是比较大的，增加了套管结构，及时真的开裂也是开裂在套管上，对于管排，母材没有任何损伤，保证锅炉安全、长期运行。套管的焊接还必须注意只允许一侧与管子焊接，另一侧不焊保证套管在锅炉运行中的自由度。

最后，如果对于T91材料管排不增加套管结构，防磨罩与T91焊接时必须采用T91的焊材，尽可能保证T91材料的安全性。

参考文献

[1]韩建华.锅炉炉顶密封及罩壳保温的改进[J].电力建设，2003（06）.