超臨界機(jī)組主汽閥裂紋原因分析處理

梁基恒，王大文

（1.神華國華廣投（柳州）發(fā)電責(zé)任有限公司，廣西 柳州 545600；2.河海大學(xué)，江蘇 南京 210000）

1 汽輪機(jī)主汽閥裂紋概況

某公司#1機(jī)組是由哈爾濱汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的超臨界、一次中轉(zhuǎn)再熱、單軸、三缸四排汽、沖動凝汽式汽輪機(jī)，此機(jī)組為超臨界機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司制造的C350/250-24.2/1.6/566/566型汽輪機(jī)，是抽氣凝汽器式汽輪機(jī)。主汽最高溫度566℃，壓力最高壓力能達(dá)到24.2MPa。主汽閥材質(zhì)為ZG1Cr10MoWVNbN，厚度500mm，該材質(zhì)為新開發(fā)的馬氏體耐熱鋼，其最高許用溫度能達(dá)到600℃，最高許用壓強(qiáng)27MPa，具有抗高溫腐蝕和氧化性等特性，常用于超臨界機(jī)組。

該機(jī)組在運行時間1635小時過后，經(jīng)過對主汽閥進(jìn)行拆卸及逐步目視檢查，發(fā)現(xiàn)閥體內(nèi)表層有一條微小的劃痕，長度約60mm，經(jīng)進(jìn)一步著色檢查發(fā)現(xiàn)此劃痕為裂紋，并對表面裂紋進(jìn)行逐步打磨后著色檢查，確認(rèn)該裂紋長度170mm，深度50mm，裂紋的形狀為弧形。具體形狀如圖1、圖2所見。

圖1 主汽閥表面微小裂紋

圖2 打磨干凈后進(jìn)行測量長度

2 材料說明

該閥體材質(zhì)為ZG1Cr10MoWVNbN，其主要化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2。

3 裂紋形狀分析

從形狀分析，該裂紋為弧形，長度170mm，深度50mm，表面初始裂紋長度為60mm，呈現(xiàn)為表面裂紋長度短，內(nèi)部長度大，經(jīng)查閱該電廠基建時期的第三方檢驗報告，發(fā)現(xiàn)該主汽閥內(nèi)表面無表面缺陷?？梢苑治鲈摿鸭y為內(nèi)部裂紋，在鑄造過程中或者熱處理工藝上的工序上產(chǎn)生裂紋，在高溫高壓的長期運行下，隨著機(jī)組的負(fù)荷變化，溫度參數(shù)發(fā)生變化，內(nèi)部裂紋的膨脹系數(shù)不一樣，導(dǎo)致裂紋由內(nèi)部往外表面逐漸擴(kuò)張，擴(kuò)張至外表面過程呈現(xiàn)為一個梯形。圖3為裂紋擴(kuò)展示意圖。

表1 ZG1Cr10MoWVNbN的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 ZG1Cr10MoWVNbN的力學(xué)性能

4 裂紋修復(fù)

在經(jīng)過廠家與多位專家的分析與判斷，對裂紋的修復(fù)采用冷焊方式，焊接完成后進(jìn)行保溫緩冷至室溫，并對焊縫表面進(jìn)行打磨后，著色檢查。具體方法如下。

圖3 裂紋擴(kuò)展示意圖

（1）裂紋清除：裂紋清除采用旋轉(zhuǎn)銼進(jìn)行打磨，打磨過程中不斷進(jìn)行著色檢查，是否有新的裂紋形成；確保裂紋已全部清除干凈后，在兩側(cè)打上止裂孔，防止產(chǎn)生新的裂紋。

（2）焊前準(zhǔn)備：采用鋼絲刷清除坡口處內(nèi)部及附近的油污與銹跡，再用丙酮對補(bǔ)焊區(qū)域200范圍進(jìn)行清潔，去除油、脂等雜物，避免焊接時雜物進(jìn)入焊縫，影響焊接質(zhì)量。

（3）焊條準(zhǔn)備：焊材選用NiCr-3，規(guī)格Φ3.2mm。焊前進(jìn)行焊條烘干處理，保溫1小時，現(xiàn)場修復(fù)補(bǔ)焊前將焊條放入保溫桶，隨用隨取。

（4）焊前預(yù)熱：采用氧-乙炔中性火焰進(jìn)行預(yù)熱，焊前預(yù)熱溫度為：200～300℃，均勻預(yù)熱；乙炔火焰距離工件10mm以上，預(yù)熱過程中使用測溫儀進(jìn)行溫度測量，測量過程中測溫儀不得停留，預(yù)熱溫度盡量維持在300℃，預(yù)熱完成后馬上進(jìn)行敷焊，敷焊層焊接時隨時用紅外測溫儀檢測預(yù)熱溫度，當(dāng)溫度小于200℃后立即進(jìn)行火焰加熱，待溫度達(dá)到預(yù)熱溫度后，方可繼續(xù)施焊。

（5）修復(fù)補(bǔ)焊：為控制焊接不黏性及減少輸入量和熱影響區(qū)，焊接時在保證熔接良好情況下采用小電流，電流為90～160A。①敷焊：沿整個坡口表面敷焊，敷焊層厚度約3～5mm。敷焊時直道運條不作橫向擺動，采用連續(xù)焊接，后焊道壓先焊道1/3～1/4，收弧時將弧坑填滿（如圖4）。敷焊層焊接完成后用保溫棉覆蓋保溫緩冷，冷卻至室溫后進(jìn)行著色檢查，檢驗無裂紋后進(jìn)行正式焊接。②正式焊接：敷焊后，在工件溫度達(dá)到室溫后施焊，整個焊接過程層間溫度控制≦50℃。在焊好每一層后，立即采用錘擊方法減少應(yīng)力，錘時先錘焊道中間部位，往兩側(cè)延伸錘擊，并緊湊整齊，避免重復(fù)。錘擊時錘壓維持在0.25～0.45MPa。

（6）檢驗：焊接完成后對焊縫進(jìn)行打磨至光滑，然后進(jìn)行著色檢查，（如圖5）一級合格。

圖4 裂紋處理結(jié)果

圖5 打磨著色結(jié)果

5 結(jié)語

（1）經(jīng)過該方法進(jìn)行裂紋焊接修復(fù)、打磨和著色滲透后，裂紋已徹底清除。機(jī)組在連續(xù)運行5000小時后未發(fā)現(xiàn)有異常缺陷。

（2）本次裂紋修復(fù)方法主要針對ZG1Cr10MoWVNbN材質(zhì)的超臨界主汽閥進(jìn)行的，利用冷焊方式進(jìn)行焊接，是針對主汽閥為鑄鋼材質(zhì)特點，在后焊道壓先焊道1/3～1/4，并且焊接后對焊縫進(jìn)行錘擊，有利于把焊縫上的多余應(yīng)力釋放，減少焊縫因應(yīng)力產(chǎn)生裂紋。

（3）通過檢驗，此修復(fù)方法操作簡單、焊接后質(zhì)量可以得到保證，該方法適合ZG1Cr10MoWVNbN材質(zhì)的閥門，完全可以為同類型機(jī)組或同材質(zhì)閥門裂紋修復(fù)提供借鑒。

6 后續(xù)工作

在機(jī)組運行過程中通過對參數(shù)負(fù)荷的變化進(jìn)行記錄，機(jī)組停運時，對該主汽閥修復(fù)部位進(jìn)行著色復(fù)查，與參數(shù)負(fù)荷形成對比及記錄，加強(qiáng)監(jiān)控管理。