12Cr1MoVG 集箱三通焊縫橫向開裂原因分析及預防措施

1 概 述

某熱電聯(lián)產(chǎn)電站1

、 2

鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1065/18.2-Ⅱ6 型鍋爐，為亞臨界自然循環(huán)汽包爐， 單爐膛∏型布置。過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用三級噴水減溫， 再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用擺動燃燒器輔以噴水減溫， 噴水作為細調(diào)。 1

鍋爐2009 年1 月投產(chǎn)， 累計運行約6.5 萬h； 2

鍋爐2010 年5 月投產(chǎn)， 累計運行約6 萬h。

兩臺鍋爐基建分別由兩家施工單位安裝，在對兩臺鍋爐過熱器、 再熱器集箱連通管焊縫進行無損檢測普查時， 發(fā)現(xiàn)多道過熱器系統(tǒng)12Cr1MoVG 材質(zhì)的集箱連通管三通焊縫表面出現(xiàn)橫向開裂。 每臺鍋爐過熱器系統(tǒng)連通管三通焊縫共有12 道， 其中1

鍋爐安裝中發(fā)現(xiàn)1 道焊縫有一條橫向裂紋， 開裂焊縫數(shù)量占焊縫總數(shù)量的8.3%； 2

鍋爐安裝中發(fā)現(xiàn)6 道焊縫環(huán)向均有多條橫向裂紋， 開裂焊縫數(shù)量占焊縫總數(shù)量的50%， 焊縫開裂位置及開裂情況見表1。 另外， 檢查中并未發(fā)現(xiàn)連通管其他位置存在焊縫開裂情況。

2 缺陷分析

2.1 裂紋宏觀分析

通過對三通表面著色檢測發(fā)現(xiàn)， 焊縫裂紋均為平行于管道軸向的橫向裂紋， 裂紋形貌如圖1 所示。 觀察發(fā)現(xiàn)， 裂紋從焊縫中心向兩側(cè)延伸， 部分裂紋橫跨整條焊縫延伸至母管， 裂紋開口細小， 呈直線型， 如圖1 （a） 所示。

（iii）查詢ERP數(shù)據(jù)庫可獲得子組Ey（y=1，2，…，10）中的專家數(shù)向量，X=（3，8，8，10，10，10，8，10，7，6）T。

對三通焊縫進行環(huán)切時發(fā)現(xiàn)， 隨著環(huán)切深度的增加， 裂紋越來越短， 開口越來越細， 直至消失。 多數(shù)開裂焊縫切削至35～40 mm 深度時裂紋消失， 少量裂紋幾乎貫穿了整條焊縫，如圖1 （b） 所示。 由此可見， 裂紋是從焊縫表面開裂， 逐漸向內(nèi)延伸。

2.2 部件結(jié)構(gòu)分析

對該熱電公司2

鍋爐高溫過熱器甲側(cè)入口三通焊縫取樣進行化學成分檢測， 結(jié)果見表2。由表2 可以看出， 接頭焊縫熔敷金屬的化學成分符合DL/T 869—2012 標準對R317 焊材的成分要求

。

2.3 母材可焊性及焊縫熔敷金屬化學分析

12Cr1MoVG 屬于低合金熱強鋼， 焊接性能良好

， 鋼中除基體Fe 元素外， 主要含有Mn、 Cr、Mo、 V 幾種合金元 素。 其中， Mn 可與S 形成MnS 防止熱脆現(xiàn)象， 提高鋼的淬透性

， 但同時具有增加晶粒粗化和回火脆性的不利影響； Cr、Mo、 V 元素可以增加鋼的淬透性， 形成的化合物具有固溶強化、 彌散強化和沉淀強化的作用

。

1

、 2

兩臺鍋爐安裝中開裂焊縫位置均為集箱三通焊縫， 且焊縫硬度值偏高， 說明三通結(jié)構(gòu)需要調(diào)整以減少對熱處理效果的影響。 可采取增加三通脖頸長度的措施， 改善焊接熱處理效果，降低焊縫硬度， 提高焊縫韌性。

集箱與連通管均通過厚壁三通連接， 三通兩端連接集箱筒體， 三通上端與連通管焊接相連， 如圖2 所示。 三通底部與集箱筒體一樣，均布大量小徑管排。 連接焊縫的三通側(cè)壁厚通常大于連通管側(cè)壁厚3～5 mm， 因此三通與連通管焊縫下熔合線存在突變臺階， 且三通脖頸較短， 底部的大量小徑管排在出廠時已經(jīng)焊接就緒。 當三通與連通管焊縫在進行熱處理時， 加熱裝置的布置受到限制， 同時母材的壁厚差也會對熱處理的均勻加熱造成影響， 使得焊縫的熱處理效果不佳。

2.4 斷口微觀形貌及金相組織觀察

根據(jù)裂紋產(chǎn)生位置、 特征及各項試驗結(jié)果分析表明， 三通焊縫裂紋屬于熱裂紋， 運行中的管道在高溫高壓介質(zhì)的一次應力以及啟停機和負荷變化中形成的二次應力作用下， 焊縫內(nèi)沿晶界分布的孔洞或細小結(jié)晶裂紋不斷擴展形成宏觀裂紋， 由于焊縫外表面張力最大， 所以裂紋最初沿表面開裂。

裂紋均產(chǎn)生于12Cr1MoVG 厚壁三通焊縫，開裂焊縫母材壁厚均≥50 mm。 通過對焊縫敷熔金屬 （R317） 化學成分進行檢測， 結(jié)果表明焊縫化學成分符合要求， 排除焊接材料錯用的可能性。 開裂焊縫硬度值高于標準值上限， 說明受三通結(jié)構(gòu)及熱處理工藝等的影響， 焊接接頭的熱處理效果沒有達到要求， 使得焊縫硬度偏高， 韌性不足。 裂紋開裂部位始于較大晶粒區(qū)域， 焊接接頭焊接工藝執(zhí)行不當， 焊接線能量過大， 焊接過程中熔池面積大， 在焊縫組織中形成晶粒粗大區(qū)域。

對三通開裂焊縫試樣進行顯微組織觀察， 觀察結(jié)果如圖4 所示。 從圖4 （a） 可以看出， 焊縫的組織為柱狀晶形態(tài)的回火索氏體， 未見過熱組織及淬硬的馬氏體等異常組織。 在焊縫組織中除肉眼可見的裂紋外， 還存在多處沿粗大的原奧氏體晶界分布的未形成裂紋的孔洞和微裂紋， 微裂紋長度從幾十微米至幾百微米不等， 孔洞及微裂紋內(nèi)部存在氧化的情況， 說明這些微裂紋形成溫度較高， 在焊接過程中已經(jīng)形成微觀不連續(xù)的缺陷， 這些特征也與掃描電鏡下看到的情況相印證。 圖4 （b） 中明顯可見分散的晶間孔穴， 也有由孔穴串集而成的晶界開裂， 并且具有熱裂紋的開裂特征。

2.5 硬度檢測分析

易知，當反饋相位使時，不能同時使而Y波導的相位調(diào)制難以實現(xiàn)奇偶時隙的不同步，故通常工作在開環(huán)狀態(tài)下.并且，式(10)、(11)進一步驗證陀螺奇偶時隙的輸出具有負相關性.

12Cr1MoVG 鋼中w（Mn）/w（S）=0.4/0.035～0.7/0.035=11.43～20.00。 當鋼中的w（C）=0.11%～0.125%時， w（Mn）/w（S）≥30 時才能防止熱裂紋的產(chǎn)生， 可見12Cr1MoV 鋼具有熱裂紋傾向

。

2.6 小 結(jié)

因此，腹腔鏡手術(shù)實際操作過程仍有一定難度，基層醫(yī)院經(jīng)常會選派優(yōu)秀外科醫(yī)師進修學習。但是由于許多基層醫(yī)師一心追求手術(shù)操作，忽視基本技能訓練，操作過程中存有一些不良習慣（如進出器械缺乏距離感，過快過猛；經(jīng)常術(shù)中操作器械“丟失”等），讓帶教教師無法放心。加之目前醫(yī)患矛盾加劇、醫(yī)患關系復雜，在傳統(tǒng)意義上“師傅帶徒弟”醫(yī)學培養(yǎng)模式中，“師傅”更加難以放手讓“徒弟”實踐，導致進修醫(yī)師總是抱怨實際動手操作機會過少，進修學習收獲不大。針對這一點，我們在臨床帶教過程中，使用腹腔鏡模擬訓練器進行微創(chuàng)外科手術(shù)基本操作規(guī)范培訓，并在后期實際手術(shù)中檢驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過培訓的進修醫(yī)師各項技術(shù)水平明顯提高。

由于現(xiàn)場情況不具備進行破壞性試驗的條件， 未能取樣進行拉伸試驗， 因此對兩側(cè)母材及開裂的過熱器三通焊縫進行硬度測試， 結(jié)果見表3。 從表3 可以看出， 焊縫實測布氏硬度值高于DL/T 869—2012 標準的要求， 由此可見，三通焊接接頭的焊接熱處理未達到要求， 硬度偏大， 致使焊縫韌性不足。

用掃描電鏡對焊縫裂紋處斷口表面進行觀察發(fā)現(xiàn)， 裂紋初始開裂部位呈現(xiàn)典型的沿晶開裂特征， 部分區(qū)域有二次裂紋產(chǎn)生， 且初始開裂部位晶粒相較于其他區(qū)域明顯偏大， 如圖3所示。 焊縫在結(jié)晶后， 晶粒的大小、 方向和形態(tài)對抗裂性都有很大的影響， 晶粒越粗大， 柱狀晶的方向性越明顯， 則產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的可能性就越大。 焊縫柱狀晶的生長方向一般由母材融合線附近或熔池邊緣向熔池中心生長， 與裂紋開裂方向一致

。

數(shù)學類的課程向來都是結(jié)果導向型的課程體系，那能不能將其基于工作過程系統(tǒng)化設計呢？吉林工程技術(shù)師范學院利用數(shù)學建模過程重構(gòu)課程體系，在任務驅(qū)動模式下開發(fā)課程。應用模型分析實際問題，學生解決問題的能力得到了提升，通過實踐取得很好教學效果。除此以外，CJHJ程序設計、飯店服務學、電氣控制與PLC、電子商務物流管理、中級財務會計、電力系統(tǒng)分析等課程已經(jīng)運用工作過程系統(tǒng)化實現(xiàn)了課程設計，相信很快會付諸于實踐。不過，如果能先對專業(yè)課程體系進行設計再來做單個課程的設計可能會收到更好的教學效果。欽州學院對油氣儲運工程開展了工作過程系統(tǒng)化設計改革，有效提升了學生創(chuàng)新能力、應用能力。

為了避免焊縫開裂， 需嚴格執(zhí)行焊接及熱處理工藝， 合理控制焊接速度且避免大規(guī)范焊接， 合理、 有效布置焊接熱處理加熱裝置， 完善施工質(zhì)量監(jiān)督控制體系， 質(zhì)量監(jiān)督人員及操作人員應當切實履行職責并取得相關操作資格證書。

3 結(jié) 論

（1） 12Cr1MoVG 厚壁三通焊縫開裂主要原因是焊接過程中焊接工藝執(zhí)行不當， 焊接線能量過大， 焊縫中形成晶粒粗大區(qū)域并形成熱裂紋，在循環(huán)應力的作用下不斷擴展并最終導致開裂。

(3)為與國際礦產(chǎn)資源資產(chǎn)評估規(guī)范接軌，SME成立了SME評估標準委員會，積極參與國際評估規(guī)范的商討。

（2） 通過調(diào)整三通結(jié)構(gòu)， 如增加三通脖頸長度， 改善焊接熱處理效果， 降低焊縫硬度， 可提高焊縫韌性。

（3） 在焊接過程中， 應嚴格執(zhí)行焊接及熱處理工藝， 合理控制焊接速度且避免大規(guī)范焊接， 保證熱處理效果， 同時完善施工質(zhì)量監(jiān)督控制體系。

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