超超臨界機組鍋爐末過T92鋼管焊接裂紋分析

摘 要：針對某電廠2×1000MW新建工程基建過程中，末級過熱器出口管屏SA-213 T92鋼管頻繁出現焊接裂紋問題，通過光譜分析、射線探傷及滲透檢測等方法對其原因進行分析，結果表明該焊接裂紋是在氬弧打底時產生的弧坑裂紋。通過改善焊接工藝，可以減少或避免此類裂紋的產生。

關鍵詞：超超臨界鍋爐；T92鋼；焊接裂紋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.067

隨著火電機組向超超臨界、大容量、高參數、低能耗、高效率方向發展，勢必對電站鍋爐材料提出了更高的要求。SA-213 T92鋼作為綜合性能優異的高鉻馬氏體耐熱鋼，被廣泛用于蒸汽溫度580～600℃，管道壁溫不高于620℃的過熱器和再熱器等鍋爐高溫受熱面部件。

該項目為東鍋超超臨界鍋爐，末級過熱器出口管屏SA-213 T92鋼管在地面組合焊接過程中，射線探傷發現平焊位置頻繁出現焊接疑似裂紋，后沿管徑深度方向剖切焊縫，采用滲透檢測驗證，發現根部明顯存在裂紋，嚴重影響了焊接接頭的力學性能。為了在后續基建過程中最大限度地避免SA-213 T92鋼管焊接裂紋的出現，本文從焊接工藝入手，結合不同的檢測方法對其預防措施進行深入研究。

1 焊接材料及檢測手段

該項目末級過熱器受熱面出口管屏規格為Φ45mm*12.5mm，材質為寶鋼產SA213-T92鋼，采用鎢極氬弧焊進行焊接。用直讀光譜儀對取樣管段進行合金元素分析。

氬弧焊鎢極類型選用鈰鎢極，規格為Φ2.5mm。焊絲選用與SA-213 T92相匹配的MTS616焊絲，規格為Φ2.4mm。

射線探傷檢測儀選用型號TH-2505的X射線探傷機，采用雙壁雙影透照法傾斜透照，選用Ⅰ型專用象質計。

滲透檢測劑選用DPT-5溶劑型著色滲透探傷劑，包括滲透劑、清洗劑、顯像劑。整個滲透檢測過程使用同一廠家生產的同族組探傷劑，性能符合JB/T4730-2005的要求。

2 焊接及熱處理工藝

SA-213 T92鋼鎢極氬弧焊接時，為防止根部焊縫位置產生氧化，管屏內部必須充氬氣保護。充氬直接采用皮管插入管屏相聯的集箱端口，并對管屏焊口另一端用雙層可溶性紙進行封堵，形成密封的氣室，確保充氬質量。

施焊前的點固焊也采用氬弧焊，焊接材料、焊接工藝、焊工及預熱溫度等與正式施焊相同。正式焊接過程中，焊口層間溫度控制在200℃～250℃。氬弧焊打底厚度為3mm，對于氬弧焊填充蓋面，焊道單層厚度不大于4mm，焊接時接頭應錯開5-8mm，整個焊縫連續完成。收弧時將熔池填滿，避免產生弧坑裂紋。

末過出口管屏熱處理采用柔性陶瓷電阻加熱法進行，預熱溫度控制在150℃～200℃，預熱寬度為每側≮150mm，以保證熱溫度梯度的平穩。層間溫度為150℃～250℃，焊接完成后，隨即進行焊后高溫回火，熱處理溫度為760℃，恒溫保持2h。加熱寬度、保溫要求、測溫要求等按照DL/T819有關規定。整個過程升、降溫速度≯150℃/h。

3 試驗結果與分析

（1）射線探傷分析。射線拍片采用雙壁雙影透照法傾斜透照方式，射線探傷底片如圖1所示。 底片上很明顯焊縫根部全在接頭橢圓里面。在靠近焊縫根部，也就是氬弧打底的位置存在一條投影長約10mm的黑細線條缺陷影像，輪廓分明，中部稍寬不大，兩端較尖細，黑度逐漸淡漠消失。缺陷特征明確，初步判斷為橫向裂紋缺陷。又該缺陷恰恰位于打底封口收弧的位置，應是由于打底收弧時不當引起的弧坑裂紋。

（2）此裂紋應是焊縫熔池在結晶過程中產生，是高溫下形成的一種高溫結晶裂紋。焊絲在焊接過程中不斷送入熔池，形成很明顯的隨焊絲移動的，局部不均勻的溫度梯度。離熔池較遠金屬不斷冷卻結晶，尤其是冷卻到液-固相區的固相線附近，由于熔池液相凝固的收縮，殘余液相不足，會導致焊縫區的液固界面產生拉應力作用。特別是在焊接收弧位置，不再有焊絲熔融的金屬補充熔池，則拉應力勢必會造成界面薄弱處的液相面產生的弧坑。此液態薄膜隔離了晶粒之間的聯系，使晶界成為薄弱地帶。在由收縮引起的拉伸應力作用下，就會沿界開裂，形成結晶裂紋。

（3）滲透PT檢測分析。用角磨機沿管屏徑向剖切焊縫，剖切表面光滑金屬光澤，不存在影響滲透檢測的鐵銹、氧化皮、焊接飛濺、鐵屑、毛刺等。采用溶劑去除型著色滲透檢測。肉眼發現在徑向約10mm深度時，存在有明顯裂紋。滲透檢測的裂紋顯像如圖2所示。

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正如射線底片看到的一樣，缺陷特征明顯，輪廓分明，略帶曲齒，還有波狀細紋，中部稍寬不大，兩端較尖細，帶有“小尾巴”，且裂紋深度正好位于氬弧打底的位置。繼續將該管屏沿徑向全部剖切開來，超標缺陷特征更加明顯，如圖3示，屬于焊縫根部的橫向裂紋，沿焊縫橫斷面垂直生長。也更好驗證了射線底片上的缺陷影像。

4 焊接及熱處理工藝分析

T92鋼焊接過程中，焊縫熔池金屬流動性和潤濕性差，穿透力較小，就容易產生未焊透、夾渣、未融合等缺陷[8]，再者，T92鋼本身導熱率小，線膨脹系數較大，有一定的淬硬傾向，焊縫在降溫過程中必然會產生較大的拉應力。

所以焊接工藝應進行嚴格控制。一方面，根據壁厚采用適當的坡口形式及焊接方法，宜采用多層多道焊，且必須控制每道焊縫施焊的時間間隔，選擇較小的焊接電流，并適當提高焊接移動速度，減少高溫停留的時間，盡量降低焊接熔池的線能量輸入，減少母材在焊縫金屬中所占的熔合比重。另一方面，嚴格控制預熱溫度與層間溫度。對于T92鋼小口徑鋼管的焊接，打底氬弧焊時，嚴格控制層間溫度150℃～200℃；填充蓋面焊接時，嚴格控制層間溫度200℃～250℃；整個焊接過程中，必須保證加熱均勻性和焊透性。

選用帶有電流衰減裝置的氬弧焊機，可以使弧坑溫度慢慢降低，降低熔化金屬因收縮而承受的拉應力。收弧時將電弧引向坡口邊沿處，可以進一步降低焊接應力。焊接完成后，必須嚴格按照熱處理工藝，進行高溫回火，以消除焊接過程中的殘余應力。

5 結論與建議

經過光譜分析、射線探傷及滲透檢測等一系列的檢測，發現該項目末級過熱器出口管屏中的焊接裂紋是在氬弧打底封口時產生的弧坑裂紋，通過改善焊接工藝，使用帶有電流衰減裝置的氬弧焊機、收弧時將電弧引向坡口邊沿處、偏移12點鐘位置收弧等；在后續焊接中證實，可以有效地減少或避免此類裂紋的產生。建議在后續基建過程中，對焊接接頭的弧坑裂紋缺陷，應加強針對性的檢查，最大限度的發現此類危害性缺陷。

參考文獻：

[1]杜保華，王大鵬，董雷等.超超臨界1000MW機組鍋爐高溫受熱面爐內壁溫測量及分析[J].熱力發電，2013（07）：118-122.

[2]范如杞，楊慧，楊翠林等. SA335P91/10CrMo910異種鋼的焊接工藝研究[J].金屬加工，2014（04）：58-60.

作者簡介：王建斌（1975-），男，江西泰和人，本科，工程師，研究方向：大型火電廠金屬技術監督，鍋爐壓力容器監察。endprint