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关于厚壁管道测温插座的裂纹分析 笔者就下述 2 个事例阐述了火电机组厚壁管道的热电偶温 度插座产生焊接裂纹的情况，并以图片形式清晰地展 示了管座 在运行过程中产生裂纹的危害性。 事例 1：某电厂新建工程 4x600 MW 机组中， 主蒸汽管 道 的测温热电偶插座在水压过程中，6 个热电偶管座有 5 个发生了 泄漏，在随后的挖补过程中，发现管座焊缝内有裂纹， 个别管 座的裂纹已经从焊缝延伸到管道母材上。主蒸汽管道 的材质是 SA335P91。规格为 6508 mmx80 mm，热电偶插座的材质 是 SA336F91角焊缝的焊材是 E9015 一 B9。图 1 是整体 管座图，图 2 是裂纹形态图。 图 1 整体管座图 图 2 裂纹形态图 事例 2：该工程中的主给水管道上 15 个热电偶管座有 114“ 在试运行过程中也发生了泄漏，其坡口设计形式同主 蒸汽管道 的测温管座。主给水管道材质是 WB36，规格是 6508 mmx50 mlT1热电偶管座的材质是 1Crl8Ni9Ti，焊材为 A302 焊条。裂 纹从管座根部裂透至焊缝表面。焊缝中的裂纹如图 3 所示。 焊缝中的裂纹 图 3 焊缝中的裂纹 收稿日期：XX1227；修回日期：XX-06-18 1 原因分析 该电厂主蒸汽管道与主给水管道的测温热电偶插座焊 缝均 发生了泄漏，在随后打磨中发现管座角焊缝均有裂纹 产生，但 主蒸汽管道与主给水管道的管座产生裂纹的原因，既 有共性， 又有其自身特点。 (1)焊后热处理不及时 经调查这 2 种管道生产厂家在焊制热电偶管座时， 也进 行了预热，但在焊后没有及时进行热处理，放置了一 段时间后 才将所有这种管段统一进炉热处理。因而未及时进行 消氢处 理。是产生裂纹的外在因素。 (2)坡口形式设计不合理 焊缝坡口形式如图 4 所示。从焊缝的坡口形式来看， 热电 偶插座与管道根部的间隙只有 3 inm，而钝边厚度有 6 mm，焊 条电弧焊是根本无法焊透的，这样为产生根部裂纹创 造了条 件；管道壁厚大，热电偶插座的凹坑深，焊条电弧焊 操作难度 大，焊缝层间清渣难度大，容易产生夹渣与气孔，这 也为裂纹 的产生与扩展创造了条件。 图 4 焊缝坡口形式 从挖开有裂纹的管座焊缝来看，焊缝根部均存在着未 焊 透。大部分管座焊缝都有层间夹渣和气孔。可以说坡 口形式的 不合理。易造成焊缝未焊透、层间夹渣与气孔等焊接 缺陷，使 之成为产生裂纹的内在因素。 76 焊工之友 焊接技术 第 36 卷第 4 期 XX 年 8 月 (3)拘束应力大 热电偶插座的焊缝是封闭环形焊缝，由于管壁较厚， 结构 刚性大，封闭环形焊缝是在较大拘束下焊接的，内应 力很大， 存在着 3 种应力，一是环形焊缝的切向应力，一是环 形焊缝的 径向应力，还有一个就是厚度方向的应力。尤其是在 焊缝的根 部，这 3 种应力的叠加值最大，为拉应力。这就是裂 纹先在焊 缝根部产生，逐渐才扩展延伸到焊缝表面的原因。 对于主蒸汽 P91 管道，焊缝熔池金属如在温度较低的 情况 下冷却时，会产生淬火马氏体，而淬火马氏体在随后 的热处理 过程中转变成回火马氏体时，相变体积将会缩小，产 生拉应 力，这种相变应力与结构所产生的应力相叠加，往往 会超过材 料的屈服强度，甚至超过强度极限，导致焊缝开裂。 当不预热 或预热温度低于 200 oC 时，厚壁 P91 钢管焊接在大拘 束应力下， 产生裂纹的几率可以说是 10o。 (4)异种钢焊接接头残余应力大 主给水管道的热电偶插座使用的是不锈钢焊材， 由于 奥氏 体不锈钢(A302)的线膨胀系数比低合金钢(WB36)的大 50 ，由于 2 种钢线膨胀系数的差异很大，焊后会在 焊接接头 内产生较大的残余应力，这种应力即使通过以后的热 处理也难 以消除。机组的起停，管壁循环温度的变化，焊缝与 母材会产 生很大的热膨胀内应力。另外，A302 焊材与 WB36 母材 的熔合 凝固过渡层组织是马氏体， 由于碳的迁移和扩散会 在 WB36 侧形成脱碳层，在奥氏体焊缝侧形成增碳层，也会增 大焊接接 头的裂纹倾向。这种异种钢的焊接接头即使焊接工艺 执行得很 好，但机组经过几年的运行，也会产生裂纹。 2 解决方案 (1)设计结构 既要保证使用功能性及安全性，又要考虑安装方便， 质量 可靠，可以将热电偶插座焊接形式改为螺纹连接形式。 用螺纹 连接保证插座与管道连接强度问题。用插座外面的现 场焊接角 焊缝来保证管道的严密性问题，如图 5 所示。 0 oO 簋l 扭 插座表面车制螺纹，并保证加工精度，虽说增大了制 作加工难 度，但对于生产厂家来说并不算一个难题。 (2)对于已经生产出的热电偶插座，如发生泄漏可采取 以 下措施进行修补： a对于主蒸汽 P91 管道上热电偶插座发生的泄漏需 用磁 力钻和电磨头将以前的插座取下来，并进行着色探伤， 检出管 孔裂纹，直至打磨干净。将管孑 L 根部加工出一个易 于焊透的钝 边(12 mm)，插座坡口应制作成便于施焊的 U 形坡口， 必要 时可以先堆焊打磨修整，以减小熔敷金属的填充量。 热电偶插 座需重新更换，如其与管孔根部间隙较大时，可先在 热电偶表 面堆焊，打磨至与管孑 L 间隙为 23 mm。如果无法进 行根部充 氩保护时，可将免充氩保护剂涂在根部坡口内外表面。 用焊条 进行封底焊接，一定要保证根部焊透。无论是堆焊还 是填充 焊，焊前必须进行预热，预热温度不应低于 200，道 间温度 应保持在 20o 一 300 ，采用小电流，多层多道焊， 道间焊缝要 清理干净，焊后应立即进行热处理。 b材质为 WB36 的主给水管道与不锈钢热电偶插座的 焊接 属于异种钢焊接，坡口形式与上述主蒸汽管座孑 L 加 工一样。为 避免奥氏体焊材引起的热膨胀应力，可以先在热电偶 插座表面 堆焊 1 层镍基焊材作为过渡层再采用与母材 WB36 一 致的焊材 进行插座的环焊缝焊接，这样大量的填充金属与母材 的化学成 分一致，线膨胀系数也一致，减小了附加热应力。因 为管壁较 厚，焊前也需预热，焊后立即进行热处理。焊接过程 中应采用 多层多道焊，注意道间清渣，每层焊道不超过 4 mm， 以减小 焊缝中的应力。 3 结论 (1)在上述事例中，焊接结构设计的不合理是导致产生 裂 纹的主要原因。在高温高压部件的设计中。厚壁管道 上安装热 电偶插座应尽量采用螺纹加焊接形式，如必须设计成 焊接形 式，也应设计成根部易焊透的坡口形式，以避免厚壁 管焊缝金 属收缩产生裂纹缺陷。 (2)厚壁管道插座焊缝清渣困难，焊条摆动操作困难， 很 容易出现气孑 L 与夹渣，在施焊过程中更要注意道间