新建660 MW機組省煤器焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析

李英河，敬尚前，董國振，李文彬，李國維，徐雪霞，王 勇

(1.陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 榆林 719319;2.國網(wǎng)河北能源技術服務有限公司，石家莊 050021)

鍋爐水冷壁、省煤器、低溫再熱器等部件通常采用20G高壓鍋爐管，但隨著電站鍋爐工作參數(shù)的不斷提高，特別是亞臨界、超臨界鍋爐的出現(xiàn)，使鍋爐管的壁厚不斷增加。SA210-C是一種強度高于20G，工藝性能良好的鋼種，常用來代替20 G制造亞臨界、超臨界鍋爐的受熱面[1]。在制造過程中，焊接是必不可少的。因此，必須具有良好的焊接性能。碳當量通常作為衡量鋼材焊接性能的重要指標。采用JB 1613-1983《鍋爐受壓元件焊接技術條件》推薦的公式，取SA210-C成分上限，求得最大碳當量為0.32%。因此，SA210-C具有良好的可焊性[1]。國產(chǎn)超臨界機組普遍采用SA210-C制作省煤器管，蛇形管彎頭直管對接焊縫采用氬弧打底電弧蓋面的焊接工藝，焊接無需預熱和熱處理，一般不易出現(xiàn)裂紋缺陷。

1 問題的提出

國華錦界電廠三期工程新建機組開創(chuàng)性采用汽輪機高位布置技術，在節(jié)約高溫耐熱鋼材料用量的同時能有效減小蒸汽沿程阻力和溫度損失、提高機組發(fā)電效率和降低碳排放量。汽輪機布置在標高69 m層，主廠房為鋼筋混凝土結構，鍋爐構架為全懸吊鋼結構。汽輪機型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、直接空冷凝汽式高效蒸汽輪機。鍋爐采用上海鍋爐廠660 M W超臨界直流鍋爐，鍋爐出口蒸汽參數(shù)為29.40 MPa(a)/605℃/623℃。對應汽機的入口參數(shù)28 MPa(a)/600℃/620℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)按2 060 t/h，省煤器進口溫度311℃。

安全性能檢驗單位在對該公司三期工程5號爐省煤器(低過側省煤器，規(guī)格Φ44.5 mm×7.5 mm，材質(zhì)SA210-C)廠家焊縫進行現(xiàn)場射線抽檢時，第一批檢驗607道焊縫發(fā)現(xiàn)6道焊縫存在疑似裂紋缺陷，經(jīng)解刨確認為裂紋。第二批檢驗106道焊縫，發(fā)現(xiàn)3道焊縫存在疑似裂紋缺陷，缺陷宏觀形態(tài)如圖1所示。為分析裂紋產(chǎn)生原因，對缺陷焊縫取樣進行實驗室化學和金相試驗。

圖1 焊縫裂紋宏觀照片

2 宏觀分析

產(chǎn)生裂紋的是低過側省煤器管子焊縫，規(guī)格Φ44.5 mm×7.5 mm，材質(zhì)SA210-C。根據(jù)射線底片裂紋位置及試樣解剖宏觀觀察得知，裂紋位于管排平放時焊縫正上方和正下方位置，該處為焊接收弧位置。從圖2解刨面的形態(tài)可以看出，焊縫根部焊存在焊瘤，經(jīng)測量焊縫最厚部位達到了15 mm，達到了管子壁厚的1倍，說明焊接操作時焊接規(guī)范過大。從圖2解刨面可以看出焊縫有1道層間分界印記，從印記形態(tài)可以看出打底層厚度不均勻，說明打底焊接操作不規(guī)范，焊接電流過大，打底層表面突兀不平整。

圖2 焊縫橫截面

3 試驗分析

3.1 金屬化學成分分析

使用ARL 3460直讀光譜儀對省煤器母材及焊縫取樣進行了化學成分分析，試驗依據(jù)GB/T 14203-1993《鋼鐵及合金光電發(fā)射光譜分析法通則》進行，分析結果見表1、2，由表1、2可以看出，管子母材材質(zhì)符合ASME SA210對SA210C的要求，焊縫材質(zhì)符合GB/T 8110-2008對ER50-6的要求。

表1 管子化學成分分析結果 wt%

表2 焊縫化學成分分析結果 wt%

3.2 金相試驗分析

使用金相顯微鏡對管子裂縫邊緣橫截面取樣進行微觀金相組織形貌分析。根據(jù)射線底片裂紋位置及試樣解剖宏觀觀察得知，裂紋位于管排平放時焊縫正上方和正下方位置，該處為焊接收弧位置。金相試驗結果顯示裂紋沿晶開裂，缺陷邊緣存在細小的分支微裂紋，裂紋邊緣有明顯的氧化色，裂紋內(nèi)的灰色氧化物是高溫氧化的結果，而焊接完成后未熱處理，所以高溫氧化產(chǎn)生于焊接過程中，該裂紋屬焊接熱裂紋。裂紋金相圖片見圖3、圖4。

圖3 裂紋金相圖片×200

圖4 裂紋金相圖片×200

3.3 結果分析

從宏觀分析結果可見焊接規(guī)范過大，打底焊接操作不規(guī)范。化學分析結果顯示管子材質(zhì)和焊接材料材質(zhì)符合要求。金相分析結果裂紋屬于熱裂紋。因此，焊接規(guī)范過大，焊接操作不規(guī)范是導致缺陷產(chǎn)生的主要原因。

4 結束語

焊接電流大，打底層表面突兀不平，打底收弧部位焊層厚度太厚，焊接收弧過快，造成熔池中心凝固過快，受到周圍金屬凝固產(chǎn)生的拉應力作用，在收弧部位產(chǎn)生熱裂紋缺陷。建議對所有廠家制造焊縫進行射線檢測，同時增加20%的超聲相控陣檢測，保證焊縫質(zhì)量。