某1 號爐高過入口導(dǎo)汽管焊接接頭斷裂原因探討

謝航云，矯延林

（國電鍋爐壓力容器檢驗有限公司，北京 102209）

某1 號爐為DG1177/17.5-Ⅱ13 型號的自然循環(huán)汽包鍋爐，于2011 年10 月正式投入商業(yè)運行。2013 年11 月，左后屏過出口至高過入口導(dǎo)汽管在高過入口聯(lián)箱三通側(cè)焊接熔合區(qū)斷裂，如圖1 所示。

此導(dǎo)汽管材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為Φ406.4×40，彎頭壁厚為50mm，管系結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 左后屏過出口至高過入口導(dǎo)汽管管系結(jié)構(gòu)圖

事故后，檢查發(fā)現(xiàn)斷裂導(dǎo)汽管焊縫1 處屏過出口聯(lián)箱三通側(cè)焊接熔合區(qū)出現(xiàn)裂紋。裂紋見圖2。

管子爆破后，造成汽包上下最大壁溫偏差超過140℃。導(dǎo)汽管斷裂過程的沖擊造成高過入口聯(lián)箱一定程度下沉。溫度、壓力突變可能對汽包產(chǎn)生沖擊損傷。鍋爐快速停運，可能造成受熱面管子干燒、過熱和沖擊損傷。從事故現(xiàn)場看，事故影響范圍較大，設(shè)備損壞較重。

圖2 焊縫1 下部熔合區(qū)裂紋

1 焊接接頭失效原因分析

1.1 韌性低是焊接接頭失效的主要原因

圖3 為焊接接頭斷裂面照片。

圖3 焊接接頭斷裂面照片

1.1.1 焊接操作不規(guī)范，焊層厚度過大，降低焊接接頭沖擊韌性

從斷面形貌來看，斷口沒有明顯的塑性變形，呈脆性斷裂形貌；焊縫大部分的焊接層數(shù)是6 層，打底1 層，填充4 層，蓋面1層，填充金屬單層厚度可達(dá)10mm?！痘鹆Πl(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》（DL/T869-2012）標(biāo)準(zhǔn)7.3.7 條規(guī)定，焊道的單層厚度“不大于所用焊條直徑加2mm”。大徑管焊接一般選用4mm～5mm 直徑焊條填充。按5mm 直徑焊條計算，焊層厚度應(yīng)不超過7mm。焊層厚度過大，焊接熱輸入大，易造成熔敷金屬柱狀晶粗大，焊縫沖擊韌性低。

2013 年5 月，2 號爐屏過出口聯(lián)箱三通處類似位置發(fā)現(xiàn)裂紋。

2 號爐問題出現(xiàn)之后，復(fù)核1 號爐和2 號爐（各2 根屏過出口至高過入口導(dǎo)汽管）其他焊縫的硬度。對于不符合標(biāo)準(zhǔn)的焊接接頭再次進(jìn)行了高溫回火。此次斷裂的7 號焊接接頭，因焊縫硬度超標(biāo)，也曾進(jìn)行了第二次高溫回火熱處理；熱處理后，焊縫硬度合格。但熱處理未采取防止焊縫撕裂的措施，處理完畢未進(jìn)行焊接接頭的無損檢測。

曾對2 號爐屏過出口聯(lián)箱三通處發(fā)現(xiàn)裂紋的焊接接頭進(jìn)行了失效分析。沖擊試驗結(jié)果證明，焊縫沖擊韌性較低。

1.報道形態(tài)上注重現(xiàn)場性。要在競爭中贏得主動，唯有揚長避短。觀眾看電視重在“看”，現(xiàn)場性是電視新聞的獨特魅力所在，也是電視新聞傳播競爭力的核心構(gòu)成要素，因此，在電視新聞傳播中應(yīng)加強現(xiàn)場報道，既是揚電視“長”之策，又是最大限度滿足觀眾的收視期待和需求的必然選擇。

1.1.2 環(huán)境溫度低，焊接熱處理工藝失控，焊接接頭淬硬傾向大

查閱焊接熱處理資料和無損檢測資料、熱處理報告和熱處理曲線圖都不能體現(xiàn)焊接預(yù)熱、層間溫度和消氫處理即后熱的工藝參數(shù)。

據(jù)介紹，焊接施工在12 月份。該地域氣候，12 月份室外溫度最低可到零下十幾度。低溫條件下焊接，預(yù)熱溫度和層間溫度得不到保證，焊縫熔敷金屬冷卻速度快，淬硬傾向大，沖擊韌性低。

1.1.3 三通結(jié)構(gòu)設(shè)計不良，是焊接熱處理工藝失控的客觀原因

圖4 鍛制三通頸部示意圖，頸部高度為H

圖4 是三通結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)場觀察，斷裂焊接接頭下部三通頸部高度H 約70mm。依據(jù)《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》（DL/T819-2002）第7.2.1.1 條“每側(cè)不小于管子壁厚的3 倍，且不小于60mm”計算，彎管壁厚50mm，熱處理時焊縫單側(cè)加熱寬度至少為150mm，而三通的頸部只有約70mm，遠(yuǎn)不能滿足焊接預(yù)熱和焊后熱處理加熱寬度的要求，熱處理工藝難以得到保證。

1.2 焊接熱處理工藝失控，會導(dǎo)致冷裂紋

大尺寸12Cr1MoVG 鋼部件的焊接有一定的冷裂傾向[1]，環(huán)境溫度低，焊接熱處理工藝失控，高溫回火不及時，均可導(dǎo)致焊接接頭冷裂紋的產(chǎn)生。

施工單位的移交資料中，焊縫7 的超聲波檢測時間是2010年12 月17 日；熱處理資料中，熱處理時間是2010 年12 月28 日，熱處理曲線中無預(yù)熱部分和后熱部分。由此推測，高溫回火在超聲波檢測11 天之后，預(yù)熱采用火焰加熱，且沒有進(jìn)行后熱處理。

另一方面，本焊接接頭的第二次高溫回火熱處理，對管道和焊接接頭未采取任何防止應(yīng)力撕裂的措施。

1.3 焊接熱處理工藝不當(dāng)，會導(dǎo)致再熱裂紋

大尺寸12Cr1MoVG 鋼部件有焊接再熱裂紋傾向[1]，在500℃～700℃溫度曲間其再熱裂紋的敏感性較高[1]。

試驗證明，貝氏體HAZ 組織再熱裂紋敏感性比較高[2]。對于12Cr1MoVG 鋼的焊接，預(yù)熱溫度低、層間溫度低、線能量大、冷卻速度大，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向大，易產(chǎn)生貝氏體組織。

所述1 號鍋爐安裝焊接熱處理和運行期間檢驗發(fā)現(xiàn)焊縫硬度高進(jìn)行第二次高溫回火熱處理，熱處理工藝均未考慮12Cr1MoVG 鋼存在回火脆性和再熱裂紋傾向，只是按照《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》（DL/T819-2002）第6.4.4 條“焊接熱處理升溫速度、降溫速度為6250/δ（單位為℃/h，其中δ 為焊件厚度，單位為mm）”計算的125℃/h，沒有采取防止再熱裂紋的工藝措施。

圖5 焊縫根部未熔合

圖6 焊縫中氣孔、夾渣

上述某機(jī)構(gòu)對2 號爐事例的分析中，發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)靠近熔合區(qū)的粗晶區(qū)裂紋有準(zhǔn)解理特征，屬焊接再熱裂紋。主裂紋伴生次生裂紋。次生裂紋是焊接再熱裂紋擴(kuò)展所導(dǎo)致。相類似，本次斷裂焊接接頭，經(jīng)歷了兩次高溫回火熱處理，也可產(chǎn)生再熱裂紋。

1.4 缺少最終檢驗，再熱裂紋不能發(fā)現(xiàn)

焊接接頭的最終檢驗，應(yīng)在高溫回火熱處理之后。而資料中的檢驗只見到在高溫回火約11 天之前的超聲波檢測（UT）。本焊接接頭的第二次高溫回火熱處理后對焊接接頭只進(jìn)行硬度測試，沒有無損檢測。缺少最終檢測，再熱裂紋無法發(fā)現(xiàn)。

1.5 檢測工藝不當(dāng)，造成焊接缺陷漏檢

《管道焊接接頭超聲波檢驗技術(shù)規(guī)程》（DL/T820-2002）第5.2.2.2 條和5.3.1 條規(guī)定，B 級檢測單面雙側(cè)無法實現(xiàn)時，單面單側(cè)檢測時至少采用2 種K 值的探頭檢測。從斷裂焊接接頭的超聲波檢測報告來看，只選擇了K2，實測K 值為1.98 的探頭。檢測工藝不符合標(biāo)準(zhǔn)。

從圖5 所示的斷口形貌來看，焊縫根部存在幾段明顯的未熔合缺陷，且有氣孔和夾渣，見圖6。

1.6 管系應(yīng)力、管系振動、噴水減溫等的影響

左后屏過出口至高過入口導(dǎo)汽管管系的重心不在兩個三通中心的連線上，而是偏于連線的爐右側(cè)。這樣，如果管系支吊架的作用不能平衡管系重力，將導(dǎo)致焊縫處應(yīng)力集中水平高；在噴水減溫、負(fù)荷波動等情況下，很容易造成管系振動，損傷管系兩端和三通連接的焊接接頭。

2013 年5 月至8 月份期間，三級減溫水持續(xù)投放；11 月份，在焊接接頭斷裂之前，三級減溫水持續(xù)投放了一段時間。減溫水投放，必定造成管子內(nèi)壁金屬溫度波動，對缺陷的擴(kuò)展產(chǎn)生一定的影響。

2 結(jié)語

（1）7 號焊接接頭斷裂的原因，主要是在三通結(jié)構(gòu)不利于焊接熱處理的客觀條件下，焊接操作不規(guī)范和焊接熱處理不規(guī)范最終導(dǎo)致焊接接頭韌性低。其他，經(jīng)歷兩次高溫回火熱處理，產(chǎn)生再熱裂紋；缺少最終檢驗，無法及時發(fā)現(xiàn)再熱裂紋。在焊接接頭性能差和存在缺陷的情況下，受噴水減溫、管子振動、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等多種因素的共同作用，裂紋或其他焊接缺陷擴(kuò)展至焊接接頭斷裂。

（2）電站大尺寸12Cr1MoVG 鋼部件的焊接，應(yīng)嚴(yán)格按照《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》和《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》規(guī)范作業(yè)，防止出現(xiàn)冷裂紋、再熱裂紋，確保焊接接頭性能。

（3）高溫回火熱處理，為避免產(chǎn)生再熱裂紋，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹袦鼗鼗?，并快速通過再熱裂紋敏感溫度區(qū)間并達(dá)到熱處理加熱溫度[1]。

（4）斷裂焊縫修復(fù)后，常規(guī)超聲波單面單側(cè)檢測，難以保證檢測質(zhì)量，應(yīng)采用超聲波相控陣檢測技術(shù)檢測。