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摘要：锅炉承受了一定的压力和温度，具有相当高的危险性，必须重视对锅炉下降管管座焊缝开裂原因分析及处理。本文在对锅炉锅筒和下降管连接管座开裂原因分析中，重点研究了锅炉锅筒在制造时装配、焊接以及内外壁之间的温差应力形成的热疲劳损伤、应力集中等情况，，并对锅筒下降管管座焊缝开裂的原因展开了相关研究，对管座的裂纹进行了检测、鉴定和处理。
关键词：锅筒；下降管管座；开裂；焊接；原因分析；处理
锅炉是我国社会主义经济建设过程中非常重要的供汽供热设备，但因为其承受一定参数的温度以及压力，危险程度非常高，我国每年都有关于因为锅炉爆炸事故而严重损害人们生命财产的报道，引起了我国政府的广泛关注。
1检验检测
1.1渗透与超声检测
在对锅筒下降管管座角焊缝以及周围筒体进行表面渗透检测，经过检测发现3条裂纹，其中最长的达146毫米，另外的两条分别为70毫米和105毫米，其中有一条还有分叉，经过打磨可以确定穿透性裂纹，锅筒下降管管座的起始点在角焊缝处。通过对下降管管座焊缝的两侧表面进行打磨超声波检测，发现了该锅筒下降管管座焊缝有局部未焊透缺陷，而且有很多处判废纹线之上的缺陷—裂纹。
1.2硬度的测定与金相分析
为了检查金属材料性能，我们对锅筒下降管周围材料进行了硬度检测，发现出现裂纹部位的锅筒、焊缝以及下降管附近硬度平均值分别是116、130、109，通过数据对比，发现硬度和抗拉强度稍有下降，对开裂部位的锅筒母材金相分析，未发现明显的裂化现象。
2原因分析
2.1裂纹的性质
锅炉运行后形成的裂纹，主要是疲劳裂纹以及应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹主要是因为在拉应力状态以及腐蚀介质对金属的腐蚀会同时作用才引发的裂纹，一般都是发生在锅炉铆缝处，可定性为疲劳裂纹。造成疲劳裂纹的原因是因为开裂部位受到了拉伸以及压缩交变载荷作用，进而产生了交变应力。锅筒下降管的管座角焊缝以及其附近的筒体检测发现的3处裂纹中，有一条裂纹是分叉呈锯齿状，下降管管座焊缝以及附近有非常多细小的毛发状的裂纹，属于典型疲劳裂纹特征。
2.2锅筒下降管管座焊缝开裂原因
2.2.1热疲劳载荷的作用
造成锅筒下降管管座产生的裂纹和其受力有关，当下降管的管座受到拉伸以及压缩的交变载荷作用的时候，产生了变应力，关于这个变应力是如何产生的，我们做了具体的解剖检验。首先，经检验发现下降管以及锅筒开孔几乎没有间隙，会导致下降管受热快速膨胀时，管孔区没有充分的膨胀弹性空间，管壁会强力挤压锅筒开孔的边缘部位，形成了压缩作用。当温度下降后，下降管管座开孔处不断收缩，管座对筒孔边缘有拉伸效应。随着锅炉启停压力和温度的频繁升降，锅炉管座承受一次次膨缩循环，周期性的脉动产生附加载荷严重超出下降管管孔区极限承载时，产生热疲劳破坏。
2.2.2应力集中的作用
经调查研究并根据广泛的资料分析发现，在锅炉锅筒上开下降管口后，应力可以达到最大值，出现应力集中现象。根据实验结果可知，下降管管口的应力集中系数在4.0以上，这是一个相当大的数值，位于下降管管口内壁面和锅筒纵向平面相交点或者是下降管外壁面和锅炉横向平面相交点，这就是在下降管管座内外角焊缝处。这就验证了裂纹为何在下降管管座角焊缝处产生并扩大到筒体的原因。与此同时，因为制造以及装配的方的因素，造成对口不准以及强力组对管座，造成焊缝产生很大的残余力应力。下降管和锅筒膨胀不同步或者是其它的原因，在下降管管座焊缝处产生了弯曲应力。对各个方面的应力进行综合作用，造成了下降管管座应力集中的复杂。
2.2.3受强度下降原因影响
在锅筒管座开裂部位检测修理的过程中，焊缝根部有局部未焊透的缺陷，焊缝强度下降，大大的降低了下降管管座焊缝的疲劳强度。
综上可知：锅筒下降管管孔和管座装配、焊接不合理，内外壁之间的温差过大，形成应力造成热疲劳损害，未焊透缺陷造成的强度下降，在长期应力集中的情况下运行，导致下降管管座发生疲劳开裂泄露。
3下降管管座裂纹的处理
办理施工告知手续→熟悉技术文件→编制施工方案→下降管管座拆除 焊接工艺评定编制报批→锅筒管座缺陷打磨验收→管座组装焊接→焊缝热处理→焊缝检测→系统水压试验→监检验收
3.1施工准备
管座拆除前，在操作平台下临时加固下降管，防止焊口应力释放后管线移位。下降管管座与下降管连接对接焊缝用砂轮切割机割除，在破断缝处插入薄钢板封堵管口，防止施工杂物侵入下降管，锅炉锅筒与汽包管连接插接缝采用氧焊切割，砂轮磨光机打磨至汽包母材位置。
（1）根据NB/T47014等标准编制焊接工艺评定文件，编制符合实际环境（材料、温度、焊接方法、焊接参数、焊件位置）的施焊试件、热处理、无损探伤和破坏性试验（弯曲、拉伸、冲击）要求的工艺指导书。
（2）下降管、锅筒管座管口坡口加工：下降管对接坡口角磨机加工：Y型，角度60土5°，钝边2±1m，锅筒管座坡口加工型式: K型，角度60±5°，管座与下降管厚度不一致厚度差超过5mm,为消除应力集中，按要求管座侧削薄，实现管件间的均匀过渡。
（3）管座进场检验：质量检查人员检验制造厂家出具的产品质量证明书，按设计要求核对其规格、材质，应进行外观检查，其表面要求为：
①无裂纹、缩孔、夹渣、粘砂、重皮等缺陷；
②表面应光滑，不允许有尖锐划伤；
③凹陷深度不得超过1.5mm,凹陷最大尺寸不应大于管子周长的5%，且不得大于40mm。产品化学成份、力学性能指标应符合国家行业技术要求(规定)，查验证明材料。
3.2 管道的组合、安装
组合前检验坡口质量、对口间隙、错边量等，坡品表面整齐、光洁。无裂纹、锈皮和其他影响焊接质量的杂物，不合格时进行修整。
管座与下降管组合碰口，预留间隙2±1mm, 管件对接焊缝时，内壁应平齐，内壁错边量不超过管壁厚度的10%且不应大于2mm。
3.3焊接
（1）设备的焊接应由符合相应要求的持证焊工，证书允许焊接方法、焊件位置、有效期应满足施工要求。焊接材料要匹配，焊条按要求烘烤保温，随用随取，气保焊丝有锈蚀应清除干洁置高摆放。
（2）作业时手工电弧焊风速不大于8m/s,钨极氩弧焊风速不大于2m/s，雨天等不利作业环境采取防护办法。
（3）根据作业指导书进行管座的施焊，下降管对接焊缝采用手工氩极氩弧焊，采用单面焊接双面成型工艺; 管座插接缝采用手工电弧焊。多层多道焊缝，每层焊完后用钢丝轮清理药皮、熔渣、飞溅物，检查发现不符合要求的铲除重焊。在焊道接头处用尖嘴锤敲打成型熔敷金属，消除焊接集中应力，起弧落弧点搭接连贯，焊缝起点相互错开。
焊接工艺参数
3.4焊后热处理
汽包壁厚> 30mm，根据工艺要求对焊缝进行焊后热处理，消除焊接应力，提高母材力学性能。
插接焊口焊接完毕，经外观检查合格，使用履带式陶瓷加热器进行热处理，热处理温度设定，常温300℃时间保温2h, 300~620℃升温时间为2h, 620℃保温2h之后空气自然冷却。
3.5焊缝外观检查、无损检测和强度试验按现行相应规范执行。
4结语
锅筒和下降管管座部位的受力是非常复杂的，要非常重视锅炉部件装配和焊接质量的有效控制，要尽量避免并减少应力的集中，来保障锅炉的安全性。锅炉的使用单位要重视安全意识的提高，做好锅炉的检修工作，并做好对锅炉的规范管理工作。
参考文献
[1]封凌萍. 锅炉汽包分散下降管管座角焊缝超声波探伤方法[C]// 中国电机工程学会电力系统无损检测学术会议. 1996:27-29.
[2]邓鲲, 卫军, 韩晓坤. 一起锅炉汽包集中下降管管座焊缝裂纹产生原因分析[J]. 特种设备安全技术, 2014(3):26-26.
论文作者:李彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：应力论文; 裂纹论文; 锅炉论文; 原因论文; 汽包论文; 疲劳论文; 发现论文; 《基层建设》2019年第5期论文;