七臺河電廠裝機容量為兩臺350 MW的汽輪發(fā)電機組，其中兩臺鍋爐由哈爾濱鍋爐廠引進美國ABBCE公司技術(shù)，采用美國ASME規(guī)范進行制造，型號為HG-1170/17.4- YM1。2號鍋爐在安裝結(jié)束后進行整體水壓試驗時，一次汽系統(tǒng)超水壓試驗一次通過，進行再熱蒸汽系統(tǒng)水壓試驗時，在墻式再熱器穿墻管與密封板連接焊縫處產(chǎn)生泄漏，總共進行了三次水壓試驗，每次在工作壓力4.48 MPa附近都有十幾根管子在焊縫處發(fā)生泄漏，總計泄漏40處。現(xiàn)對墻式再熱器管子與密封板處焊縫裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，并提出解決辦法。
1、原材料檢驗及焊接工藝
    墻式再熱器管子材質(zhì)為15CrMo，規(guī)格為∮50、壁厚4mm，密封板材質(zhì)為20 g，規(guī)格為860mm x446 mm x6 mm，每塊板開9個∮52的孔，與墻式再熱器的管子進行裝配，在現(xiàn)場進行焊接。焊接采用E5015焊條，焊接方法為手工電弧焊。
    焊接工藝：
    a．施焊時最低環(huán)境溫度均在13℃。
    b．焊縫處20 mm范圍內(nèi)的氧化皮、銹等污物進行了嚴格的清理。
    c．焊條經(jīng)350℃烘干1h并放在保溫筒內(nèi)使用。具體焊接工藝參數(shù)見表1。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、原因分析
    墻式再熱器管板焊縫處發(fā)生多處泄漏，絕非偶然現(xiàn)象，裂紋出現(xiàn)在管子與密封板角焊縫的熱影響區(qū)，在管子側(cè)開裂。
    對已經(jīng)泄漏和其它未泄漏的管板焊縫進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分角焊縫有咬邊現(xiàn)象，咬邊長度和深度雖然都在電建規(guī)要求的范圍之內(nèi)，但對于角焊縫來說，咬邊會產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，這是產(chǎn)生裂紋的原因之一。
2.1焊接結(jié)構(gòu)
    密封板是多塊組合，每一塊密封板的尺寸為446 mm×860 mm x6 mm，每塊板有三排孔，每排有3個孔，兩個孔之間的距離分別為152.4 mm和170 mm，兩個焊接之間的熱影響區(qū)不重合，密封板具體圖示如圖1。
    密封板的管孔直徑為∮52，而墻式再熱器管子的直徑為∮50，裝配間隙僅為1mm，裝配時不是每個管子與管孔的位置一致，因此個別管子與管孔裝配存在強制裝配現(xiàn)象，這樣焊接接頭就產(chǎn)生了較大的拘束應(yīng)力。并且，此角焊縫為工地安裝焊縫，焊縫位置不是很理想，因此有一些焊縫的根部融合不好，在根部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。兩種應(yīng)力重疊，造成此角焊縫的應(yīng)力特別大，這是產(chǎn)生開裂的另一個重要因素。
    另外，由于墻式再熱器管子從墻式再熱器聯(lián)箱出來后經(jīng)過很短的一段距離就與密封板連接，從水冷壁穿墻而入后，經(jīng)過很短后的一段距離就折成直角彎，向上延伸，使得墻式再熱器管子在密封板處產(chǎn)生很大的拘束應(yīng)力，此應(yīng)力沒有任何緩解和釋放的余地，這是產(chǎn)生開裂的另一個重要因素。
    密封板焊縫和墻式再熱器聯(lián)箱以及墻式再熱器管子之間的位置關(guān)系詳見圖2。
2.2檢驗
    將現(xiàn)場取下的具有代表性的泄漏管段取樣進行金相分析，具體結(jié)果如下：
    首先將泄漏管段剖開，觀察裂紋的宏觀形態(tài)見圖3，裂紋位于焊縫及管材交界熱影響區(qū)的粗晶區(qū)邊緣，由管子外壁與焊縫邊緣的夾角處起始，直至管子內(nèi)壁。
    根據(jù)圖4管子母材組織分析，管子母材組織為：鐵素體+珠光體+貝氏體（少量），晶粒度為9級，內(nèi)外壁均無脫碳層，未出現(xiàn)珠光體球化現(xiàn)象，顯微硬度HV10為207、218。
    從圖5裂紋全貌看，裂紋由焊根及管子外壁處，單道斷續(xù)發(fā)展，表現(xiàn)為多條裂紋，短程串接，端部尖細，在裂紋起點附近有多個直徑為0.108~0.126 mm的不超標氣孔，其邊界圓滑，不能引起應(yīng)力集中。
    從焊縫金相組織看，裂紋形態(tài)為以沿晶與穿晶的混合狀態(tài)，焊縫組織為：鐵素體+珠光體+貝氏體，管子的近縫區(qū)組織為：貝氏體與馬氏體的混合組織，裂紋兩邊熱影響區(qū)組織的顯微硬度HVio為362、362、340、353。
    根據(jù)微觀金相組織分析，裂紋產(chǎn)生于焊縫熱影響區(qū)，主要在密封間隙發(fā)生變化，裂紋在脆性區(qū)沿晶及穿晶發(fā)展，屬于金屬材料斷裂中的脆性斷裂（解理斷裂）。
    上述現(xiàn)象說明材料在不同的條件下可以顯示出不同的破壞形式，最重要的影響因素是溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速度。溫度越低，加載速度越大，材料中應(yīng)力狀態(tài)越嚴重，則發(fā)生脆性斷裂的傾向性越大。該密縫板板角焊縫應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，有三軸應(yīng)力產(chǎn)生。當出現(xiàn)三軸應(yīng)力狀態(tài)下的缺口效應(yīng)時，就大大降低了材料的脆性，使該處材料變脆。加載速度對材料破壞的影響已由實驗證實，即提高加載速度可使材料脆性破壞，其作用相當于降低溫度。再熱器在進行水壓試驗時，由于其工作壓力是4.48 MPa，超水壓試驗壓力是6.72 MPa，在水壓試驗時，升壓泵的功率很大，使得升壓速度很難控制，很可能使升壓速度過快，造成加載速度過快，這樣就會在焊縫組織薄弱區(qū)產(chǎn)生脆斷。
3、處理方法
3.1從結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行更改
    改變9個管孔同一塊板的結(jié)構(gòu)，改變管孔直徑和型式，對水壓試驗時泄漏的墻式再熱器管子進行換管處理時，采用兩個半圓對接的型式，使裝配應(yīng)力降低。
3.2注意焊接工藝的控制
    焊接時嚴格按工藝執(zhí)行，控制焊接電流和電壓，避免焊接熱輸入過大，避免產(chǎn)生咬邊。另外，在管子有水的情況下堅決不能進行焊接，以免使氫進入到焊縫中，引起氫脆現(xiàn)象。焊接時焊縫與母材要圓滑過渡，避免應(yīng)力集中的產(chǎn)生。焊接前的點焊長度大于30 mm，以防止焊點開裂，對于焊接后已經(jīng)發(fā)生變形的焊縫，用火焰加熱法消除其焊后殘余應(yīng)力。
3.3盡量避免強制裝配，對于實在不能進行裝配的管子，要進行熱校，熱校之后方可進行裝配。
3.4合理安排焊接順序，緊挨著的管孔角焊縫不要依次進行焊接，以免使密封板變形。墻式再熱器穿墻管與墻式再熱器聯(lián)箱之間的焊口，穿墻管與密封板之間的焊縫，以及穿墻管進入爐膛后的第一道焊縫，這三道焊縫之間合理安排焊接順序，不要其它兩道焊縫焊完以后，最后改焊接墻式再熱器管子與密封板的焊縫，這樣，應(yīng)力全部集中在管板焊縫處。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3.5現(xiàn)場已經(jīng)泄漏的管子全部進行更換，更換的密封板的結(jié)構(gòu)如圖1所示，更換的管子角焊縫按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書的要求進行檢驗。
4、結(jié)束語
    七臺河電廠墻式再熱器管板焊縫裂紋的產(chǎn)生，與結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，這種結(jié)構(gòu)不利于現(xiàn)場安裝，容易產(chǎn)生嚴重的焊接拘束應(yīng)力；另外，安裝單位在進行現(xiàn)場安裝的時候，進行了強制裝配，在管板角焊縫進行焊接的時候，產(chǎn)生了很大的應(yīng)力集中，安裝單位對裝配和焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力集中，沒采取有效措施進行消除。但是通過選擇合理的焊接順序和正確的焊接工藝，完全可以消除該種裂紋。目前該鍋爐已經(jīng)通過168 h滿負荷試運行，沒有出現(xiàn)一處裂紋。