淺析超超臨界機組受熱面密封焊接裂紋的防治

摘 要：本文針對某百萬千瓦機組工程的受熱面管子在密封焊接中容易產生焊接裂紋，對機組的運行過程存在安全質量隱患。結合工程實際施工應用，對裂紋產生的原因進行分析，并研究制定了具體的防治措施進行實踐驗證和運用，得到良好效果，文中進行了闡述，以期對同類問題的解決起到一定的啟發(fā)作用。

關鍵詞：受熱面密封；焊接裂紋；防治工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.032

1 引言

某超超臨界機組安裝過程中發(fā)現(xiàn)其受熱面低合金鋼密封部位存在不同程度的焊接裂紋，經磁粉探傷確認并研究發(fā)現(xiàn)，此類裂紋為焊接時遺留的微觀焊接質量缺陷，裂紋大多在焊后一段時間內產生，焊件應力釋放導致焊接裂紋產生或延伸，大多為延遲裂紋，部分密封裂紋已延伸至受熱面管子，這就為機組將來的安全運行帶來了極大的潛在安全隱患。

根據(jù)設計圖紙得知，受熱面密封焊接部件材質主要為15CrMo、12Cr1MoVG，筆者從該種材質的裂紋產生機理和現(xiàn)場安裝焊接工序入手，逐步分析了其導致產生裂紋的原因，并提出防治措施，在現(xiàn)場進行應用，以切實解決存在的問題。

2 裂紋產生機理

15CrMo、12Cr1MoVG屬于鉻鉬耐熱鋼，鋼中含有較高含量的Cr、C、Mo和其它合金元素，由于Mo的作用比Cr大，延遲了鋼在冷卻過程中的轉變，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，熱強性及抗氧化性較強，抗氫腐蝕能力較好。但鋼材的淬硬傾向較明顯，冷裂紋傾向較大，焊接性差，還具有再熱裂紋傾向和回火脆性，當焊接應力和致脆因素起到共同作用時，焊接接頭金屬原子結合力遭到破壞形成新界面，進而產生一種常見并且危險性極大的焊接裂紋。

3 裂紋產生原因分析

經現(xiàn)場調查和數(shù)據(jù)總結分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場受熱面密封裂紋產生的主要原因有以下幾個方面：

（1）焊接順序不當造成了應力集中。實際施工過程中由于安裝焊接順序不當，造成了焊接接頭位置的應力過于集中，而應力釋放不充分，導致受熱面嚴重變形，出現(xiàn)不符合標準規(guī)定的角變形≦1/100，這種所產生的橫向收縮和縱向收縮表現(xiàn)出來的變形，從而增大了裂紋的發(fā)生傾向。

（2）焊件表面清理不徹底。現(xiàn)場隨機抽查打磨后待焊區(qū)域的表面光潔度，發(fā)現(xiàn)打磨后的表面光潔度合格率低，這就造成了焊件表面清理不徹底，存在油、污、漆、氧化皮等異物。由于焊接時吸收了氫這一誘發(fā)延遲裂紋的最活躍因素，造成焊縫中的氫含量偏高，接頭發(fā)生了性能脆化，會在焊接缺陷處聚集，形成大量的氫分子，拘束應力較強。

（3）層間溫度高、熱輸入過大。根據(jù)規(guī)程要求，該材質的鋼種采用手工電弧焊焊接時參數(shù)范圍（焊條Φ3.2mm，電流范圍90A-120A；焊條Φ4.0mm，電流范圍130A-170A；12Cr1MoV材質鋼焊接層間溫度范圍200℃-300℃）。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)施工中個別施焊人員未嚴格執(zhí)行該工藝，導致層間溫度和焊接電流超過了規(guī)定范圍值，致使熱輸入較大，層間溫度過高。

（4）焊后未及時做熱處理或未做緩冷措施處理。特別是在冬季施工時，有環(huán)境氣溫較低，施焊后焊縫的冷卻速度比平時要快，致使熔池中的氫來不及溢出，導致裂紋的增加。

4 防治裂紋產生的對策

結合低合金鋼焊接特性，通過對產生裂紋原因的詳細分析，研究制定了相應對策：

（1）焊前將密封焊接區(qū)域、密封塞塊等表面油污漆銹等清理干凈。焊前要求現(xiàn)場對焊接區(qū)域附近20mm范圍內母材和密封塞塊進行機械打磨，徹底清除掉焊接區(qū)域內存在的油、氧化皮、污、漆、銹等異物，直至焊縫區(qū)域露出金屬光澤，降低焊接時的氫吸入量。

（2）擬定焊接順序，并確?，F(xiàn)場正確執(zhí)行。經過對焊接變形進行分析，安裝焊接過程最明顯的是焊縫集中造成局部變形較大。高參數(shù)機組受熱面的管徑較小，管管間距小，在焊接時局部金屬的熱輸入較大，產生了較大的熱膨脹，而管子和鰭片不同的膨脹系數(shù)導致了不同的膨脹量，焊接順序不正確都會加大這一趨勢，最終產生了較大的焊接變形；安裝過程中的拼縫施加外力過大，焊接變形進一步加劇。

針對上述情況選用整片跳焊間隔焊法，先焊完a、c、e三處的焊縫，再焊接b、d、f三處（見圖1），后續(xù)依次方式進行，可以很好的降低相近管子之間的焊接應力。在局部區(qū)域采用對稱分散焊法，控制后一條焊縫和前一條焊縫之間的距離≧250mm，人員滿足要求時建議最好雙面雙人對稱同時焊接的方式，效果更加理想，具體焊接順序如圖2。

同時，每天在施工前由焊接技術員對焊工作詳細的安全技術交底，要求施工人員在現(xiàn)場焊接施必須按照以上方案制定的焊接順序實施，定期對現(xiàn)場進行巡檢也可對焊工在現(xiàn)場做二次交底，并使用記號筆做好焊接順序的標記，進一步促使焊工確定焊接順序。

（3）控制焊接熱輸入，降低焊接應力的產生。在現(xiàn)場焊接施工的過程中，加大對現(xiàn)場的巡檢力度，使用紅外線測溫槍測量焊接層間溫度，檢查焊工是否嚴格執(zhí)行焊接工藝。為更好的控制焊接熱輸入，嚴格焊接電流參數(shù)，要求手工電弧焊采用直徑為3.2mm的焊條時，其焊接電流應當<120A，對于焊接速度也要嚴格通知，確保每一道焊縫的厚度均不能超過焊條的直徑，每一道焊縫的寬度均不能超過所用焊條直徑的4倍。

（4）焊后采用緩冷措施或后熱處理，以便于消減焊接應力?，F(xiàn)場鍋爐受熱面管子區(qū)域的密封焊完后，按照《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術規(guī)程》中有關要求選取并固定好熱電偶、電加熱器、保溫棉進行焊后熱處理工作，首先將焊接完的受熱面密封區(qū)域加熱至300-400℃，保持恒定溫度10min-30min，然后再緩慢冷卻。對于部分困難位置的焊縫無法采用電加熱處理時可以選用烤把加熱至300℃，在加熱過程要保持好加熱寬度、加熱溫度的均勻性，隨時使用測溫槍進行檢測，保持恒溫10min后，在對其覆蓋保溫棉緩慢冷卻至室溫。

（5）強化自檢和質量監(jiān)督檢查。每段密封焊縫完成后焊工首先

進行自檢，對存在的焊接缺陷和質量問題及時進行清除和修復，返修時要注意做好受熱面管子的保護工作，嚴禁割傷、磨傷管子。所有間隙密封處不得隨意填塞焊條、扁鐵等，對于間隙過大而無法調整的，經技術人員確認后，按照鰭片材質情況選用相同或相近的填塞材料進行密封焊接。質檢員加強對受熱面密封質量的監(jiān)督和檢查，對存在的質量問題及時指出，要求整改。施工人員注意現(xiàn)場的文明施工，工作完成后做到工完、料盡、場地清。

5 結語

綜上所述，在采用防治裂紋產生的對策后，通過對機組鍋爐受熱面密封做抽樣檢查，檢測發(fā)現(xiàn)，受熱面密封焊接裂紋發(fā)生率僅為0.22%，使受熱面的焊接密封質量得到很好的控制，成效顯著，降低了機組投行后漏煙、漏灰及其它質量隱患的發(fā)生率。同時，制作符合現(xiàn)場密封焊接實際情況的焊后緩冷等工具，確保緩冷效果，為今后在其他項目的推廣奠定了基礎。

參考文獻：

[1]15CrMo、12Cr1MoVG鋼焊接技術條件[DB/OL].百度文庫.

[2]張君發(fā).淺析鍋爐受熱面低合金鋼密封焊接質量控制[J].山東工業(yè)技術.

[3]DL/T869-2012.火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[4]DL/T819—2010.火力發(fā)電廠焊接熱處理技術規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

作者簡介：王成（1990-），男，山東魚臺人，本科，主要從事電力建設焊接熱技術管理工作。