600MW机组汽轮机高压缸裂纹原因分析及处理

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1、第33卷第4期华电技术V01．33N0．42011年4月HuadianTechnologyApr．2011600MW机组汽轮机高压缸裂纹原因分析及处理侯世勇，张艳飞(1．华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司，内蒙古包头014013；2．内蒙古电科院金属所，内蒙古呼和浩特010020)摘要：华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司600MW机组大修中发现高压外缸出现裂纹，分析了裂纹产生的原因，对比了几种补焊工艺的优、缺点，最终选择低温预热镍基焊接材料补焊工艺，取得了良好效果。关键词：汽轮机；高压缸；裂纹；补焊中图分类号：TK243．1文献标志码：

2、B文章编号：1674—1951(2011)04—0012—031问题的提出汽轮机缸体是火电机组的重要设备，其设备体积庞大，制造过程复杂。国内近年来大批量上马火电项目，但大机组汽轮机缸体的制作工艺还有所欠缺，在一些新建大机组大修时，在汽轮机缸体上发现了很多裂纹。本文对一典型汽轮机缸体的裂纹缺陷进行分析处理。华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司2机组为600MW亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、图1内壁机侧喷嘴附近断续裂纹四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，其高压外缸材料为ZG15Cr2Mol，在2008年4月的大修中，在其高压外缸内表面发现裂纹：内

3、壁机侧喷嘴附近发现1条断续裂纹(裂纹1)，长约80mm，如图1所示；内壁顶部发现1条长约80InIn的裂纹(裂纹2)，如图2所示。2缺陷分析2．1裂纹确认裂纹1在打磨中发现一处铸造疏松，打磨形成了长150mm、宽60mm、深45mm的凹坑后，裂纹和图2内壁顶部裂纹铸造缺陷消除(如图3所示)。裂纹2较浅，打磨l0mm深后消除。2．2裂纹金属检验在裂纹区域用现场金相显微镜进行观察，发现裂纹为沿晶产生，裂纹区域的金相组织为珠光体+铁素体正常组织，晶粒度为5～6级。裂纹区硬度为158—199HB，硬度处于正常水平。裂纹部位组织性能正常为焊接修复提供

4、了条件。2．3裂纹原因分析图3打磨形成凹坑2．3．1铸件的薄弱环节是产生裂纹的主要原因环节，这些部位由于强度不够或应力较大，在运行附铸造疏松、淬硬组织、变截面部位是铸件的薄弱加应力的作用下极易产生裂纹。这些薄弱环节需要在制造过程中通过合理的结构设计和温度控制来避收稿日期：2010—12—17；修回日期：2011—01—10免。使用单位则需要在大修中对铸件结构进行认真第4期侯世勇，等：600MW机组汽轮机高压缸裂纹原因分析及处理。13·了解，并对这些部位进行针对性的无损探伤，以便及3．2．2热焊的缺点早发现裂纹并消除。(1)珠光体材料对氢高度

5、敏感，需要进行消氢2．3．2过大的铸造应力是裂纹产生的另一原因热处理。在铸造过程中，由于金属渐次冷却会使冷却过(2)韧性较奥氏体材料差，如果焊接应力太大，程很不均匀，会产生较大的铸造应力，这些应力可以容易产生裂纹，需要较高的预热和热处理温度来减通过合理设计铸件模型和控制冷却速度予以减小，小应力。但却是不可避免的。所以，大型铸件在铸造完成后(3)复杂的预热和高温热处理工艺给现场施工都需要进行长时间的时效处理来消除应力，也有些带来困难。制造厂采用了专用设备使铸件进行高频振动来缩短3．3选用镍基焊材进行局部低温预热焊接时效时间。在工期紧张的情况下

6、，无论正常时效还3．3．1焊接材料选择是使用设备进行时效，时间都不可避免地被压缩了，新型ENiCrFe3焊接材料为镍基焊材，该材料具没有经过很好时效改善的铸造应力和运行中受到的有和珠光体材料类似的线膨胀系数，可以减小焊接应力叠加造成铸件开裂。应力。同时，高镍材料还有阻止碳迁移产生的效果，该材料也不易产生475℃脆性。此外，该焊接材料3补焊工艺分析的机械性能及抗裂性也优于奥氏体材料，使用该材3．1采用25／20型奥氏体焊条焊接冷焊料焊接不需要热处理。3．1．1冷焊的优点3．3．2预热温度分析(1)奥氏体材料在焊接热循环中不发生相变，ZGI5C

7、r2Mol碳当量较高，不预热容易产生裂纹，所以，可以不进行预热和热处理，简化工序的同时也预热温度过高又会造成施工难度并增加缸体的热应避免了缸体的变形和应力作用。力，选择较低的预热温度可以减小焊接部位温度梯(2)奥氏体焊缝具有良好的抗裂能力，因为它度，避免淬硬组织的产生，也可以降低焊接应力。具有比珠光体焊缝更高的塑性和韧性，对氢析出产3．4施工工艺确定生的裂纹不敏感。作者综合以上3种补焊工艺分析结果认为，采(3)奥氏体焊缝的缺口敏感性低，因此，不会产用镍基焊接材料并进行低温预热焊接工艺可以减小生自身的脆性裂纹和裂纹扩展。焊接应力，减小淬硬组织

8、产生。该工艺既能保证施(4)奥氏体焊缝具有比珠光体焊缝更低的屈服工质量也可降低现场施工难度，故决定选择此工艺强度和抗拉强度比值，受到外力时，较易产生变形但进行现场施工。不会发生开