百萬(wàn)機(jī)組塔式鍋爐焊口密封焊接裂紋分析

趙訓(xùn)權(quán) 彭學(xué)兵

摘要：百萬(wàn)塔式鍋爐已成為國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組發(fā)展的趨勢(shì)，鍋爐受熱面的焊接質(zhì)量直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，本文分析了12Cr1MoV水冷壁密封裂紋產(chǎn)生的原因，提出了防止裂紋產(chǎn)生的措施。

關(guān)鍵詞：水冷壁；12Cr1MoV；焊接工藝；裂紋

引言

國(guó)投南陽(yáng)某電廠鍋爐為1000MW超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁直流燃煤爐。水冷壁管子規(guī)格為Φ44.5×8mm，材料為12Cr1MoVG；鰭片材料為12Cr1MoVG，厚度6mm。在地面組裝及高空安裝階段，在焊口密封發(fā)現(xiàn)裂紋。

12Cr1MoV是珠光體耐熱鋼，在鍋爐受熱面中應(yīng)用廣泛，該鋼材具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，有一定的冷裂和再熱裂紋傾向。近幾年我公司承建的北方高寒地區(qū)電廠工程中陸續(xù)發(fā)生水冷壁焊口密封裂紋，焊口密封雖然是非承壓元件，但與之相鄰的管子為承壓部件，焊口密封上的裂紋在鍋爐的運(yùn)行中延伸到水冷壁管子上會(huì)到導(dǎo)致爆管，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全。經(jīng)過我們對(duì)焊接裂紋的研究分析，改進(jìn)安裝、焊接工藝，有效的控制了焊接裂紋的產(chǎn)生。

1、現(xiàn)狀調(diào)查

水冷壁焊口密封塊材質(zhì)為12Cr1MoVG，厚度δ=6mm，與密封塊相鄰的管子規(guī)格為Φ44.5×8mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG。焊口密封采用手工電弧焊焊接，焊條采用CHH317，焊前預(yù)熱、焊后緩冷。緩冷結(jié)束后右少量裂紋，焊接結(jié)束24h后檢查發(fā)現(xiàn)裂紋數(shù)量有所增加。如圖一所示。根據(jù)裂紋產(chǎn)生時(shí)機(jī)和形狀分析裂紋大部分裂紋屬于再熱裂紋。

2、原因分析

2.1材料化學(xué)成分分析

12Cr1MoVG是珠光體耐熱鋼，在500-550℃時(shí)有較高的熱強(qiáng)性和疲勞強(qiáng)度，在鍋爐受熱面廣泛應(yīng)用多年，與之對(duì)應(yīng)的焊接材料CHH317制造工藝也非常成熟，使用多年來(lái)未發(fā)生大量的裂紋等缺陷，我們委托試驗(yàn)室對(duì)12Cr1MoV母材和CHH317焊條進(jìn)行了光譜復(fù)核。結(jié)果見表一和表二。

12Cr1MoVG母材和CHH317光譜復(fù)核化學(xué)成分全部在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，排除了母材或者焊材質(zhì)量不合格引起的焊接裂紋。

2.2焊件組對(duì)分析

減少焊件組對(duì)間隙，可以減少焊縫熔敷金屬量，減少焊縫收縮應(yīng)力。密封片因下料尺寸偏小導(dǎo)致密封組對(duì)間隙普遍大達(dá)5～6mm，且塔式爐圍墻段管屏水冷壁節(jié)距寬達(dá)120mm，焊縫尺寸較長(zhǎng)，導(dǎo)致密封塊的熔敷金屬量大大增加，這樣必然容易引起焊縫裂紋。所以組對(duì)間隙較大是引起裂紋的主要原因之一。

2.3焊前預(yù)熱和后熱緩冷工藝分析

焊前預(yù)熱可以減少焊件溫度梯度，減慢焊縫及近區(qū)的冷卻速度，降低溫差應(yīng)力和收縮應(yīng)力，減小淬硬傾向。焊后進(jìn)行300-400℃的后熱可以加速焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，減少氫致裂紋。經(jīng)調(diào)查焊口密封施工時(shí)氣溫寒冷，焊前采用烘把預(yù)熱后焊接，但預(yù)熱與焊接間隔時(shí)間較長(zhǎng)且沒有保溫措施，造成焊縫及近縫區(qū)存在較大的溫差應(yīng)力和收縮應(yīng)力。

2.4焊接順序分析

合理的焊接順序有利于焊縫應(yīng)力的釋放，焊縫密集的構(gòu)件焊接時(shí)先焊接收縮量較大的焊縫，這樣較大收縮量的焊縫可以自由收縮，焊接完成后可以減少整個(gè)焊件的焊接應(yīng)力?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知焊工對(duì)密封片沒有分段焊接，而是圖方便從一個(gè)方向繞四周連續(xù)焊接，導(dǎo)致焊接后焊縫無(wú)法自由收縮，造成較大的收縮應(yīng)力。

2.5焊接參數(shù)分析

適當(dāng)增加焊接線能量有利于減少熱影響區(qū)的淬硬傾向和氫的擴(kuò)散逸出，從而減小焊接接頭的冷裂傾向。但較大的焊接參數(shù)也會(huì)導(dǎo)致焊縫晶粒粗大，所以必須選擇合理的工藝參數(shù)，因焊件組裝間隙較大，焊接時(shí)普遍采用了比工藝規(guī)范較小的焊接工藝，造成熱影響區(qū)有較大的淬硬性。

3 防止裂紋產(chǎn)生的工藝措施

3.1減小密封片組對(duì)間隙

對(duì)尺寸不符的密封塊進(jìn)行更換，按現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間尺寸下料，保證組對(duì)間隙不大于2mm，減少焊接熔敷金屬量。

3.2改進(jìn)預(yù)熱和后熱工藝

用烘把將待焊部位均勻預(yù)熱至200-300℃，并擴(kuò)大焊縫兩側(cè)加熱區(qū)域，減少同時(shí)預(yù)熱的密封塊數(shù)量，預(yù)熱三片焊接三片，焊接區(qū)域反面用保溫棉覆蓋，減慢焊接區(qū)域散熱速度，保證預(yù)熱效果。三片密封塊一側(cè)焊縫焊接結(jié)束后用烘把加熱至300-400℃恒溫5分鐘后用保溫棉覆蓋緩冷，釋放焊接應(yīng)力。

3.3選擇合理的焊接順序

拼縫焊接完成后采用分散跳焊方法焊接密封塊，即焊接一片密封塊后隔開四片后再焊，焊接時(shí)由中間向兩邊焊接。每片密封塊的焊接順序如圖二所示。

（1）點(diǎn)焊焊縫①②。

（2）先焊接③，采用間隔跳焊的方式，即焊接一片密封塊后隔開四片后再焊。

（3）一片管排③焊接完成后，進(jìn)行④的焊接。④的焊接也采取與③同樣的方式。

（4）焊接①，方法同③焊接。

（5）最后焊接②，方法同③焊接。

二名焊工在密封塊上下二側(cè)相隔2片同時(shí)焊接，有利于第二次焊接減少對(duì)焊縫產(chǎn)生再熱裂紋，并且后一次焊接可以對(duì)對(duì)面焊縫進(jìn)行一次回火處理。

3.4選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)

在合格的工藝評(píng)定參數(shù)范圍內(nèi)選擇較大的工藝參數(shù)，減少熱影響區(qū)的淬硬傾向和氫的擴(kuò)散逸出。

采用改進(jìn)后的工藝措施焊接完成后，對(duì)密封進(jìn)行PT檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

4.結(jié)論

4.1較大的組對(duì)間隙和錯(cuò)誤的焊接順序是產(chǎn)生裂紋的主要原因。

4.2選擇正確的焊接工藝可以避免12Cr1MoV焊口密封焊接裂紋的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王鈺。珠光體耐熱鋼焊接再熱裂紋的防治[J]。石油工程建設(shè)，1999（6）。

（作者單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司）