钢研102焊接接头再热裂纹分析.docx

钢研 102 焊接接头再热裂纹分析(250002) 山东电力研究院锅检中心吴军刘国众赵永宁(276016) 临 沂 发 电 股 份 有 限 公 司杨全业厉吉龄摘 要 临沂发电厂 4 号炉对流过热器出口联箱管座钢研 102 焊口短期内发生 6 次泄漏, 经分析认为, 泄漏是由于钢研 102 的再热裂纹倾向较大、焊工操作手法不当、焊接电流过大以及焊后热处理不当引起的。关键词 钢研 102 焊接接头 再热裂纹发量 420 th , 出口蒸汽压力 13. 7 m p a。过热器采用辐射、对流组合形式。高温对流过热器 共 104 片, 节距 90 mm , 作顺流布置。过热器出口联箱管座及出口段管子材质为钢研 102(12c r2m ow v t ib ) , 规格均为 386 mm 。概述临沂发电厂 4 号炉为上海锅炉厂生产,由 山 东 电 力 建 设 三 公 司 安 装 的 sg 420 -m 417a 型燃煤锅炉, 炉体 0 型布置, 额定蒸1附表 钢研 102 的化学成分 (wt% )cs im nc rm ovwt ibsp0. 10. 60. 521. 910. 550. 330. 460. 190. 0010. 0060. 01451. 1 泄漏情况该锅炉自 1998 年 8 月 5 日投入试运行,1998 年 8 月 11 日和 11 月 18 日两次发生高 温对流过热器出口联箱管座短节与管子对接的安装焊口泄漏。当时只做挖补处理。12 月23 日发现同时有三个焊口出现泄漏, 挖补完 成后作水压试验又发现一处漏点。 总计六次泄漏, 原因均为焊缝熔合线附近出现穿透性裂纹, 且裂纹多出现在焊接位置困难部位。 鉴于此焊口已发生多个泄漏, 且该批焊口系同一焊工施焊, 因此, 怀疑缺陷具有普遍性, 现场决定扩大检查范围, 对未发生泄漏的 焊口进行小径管超声波探伤, 抽查 62 根, 发 现 14 根有超标缺陷, 占抽查焊口的 22. 6% 。 为避免出现重复泄漏, 决定全面修正原始安 装焊接工艺, 对过热器出口联箱全部焊口进 行返修。1. 2原始焊接工艺摘要 焊接方法: 全氩焊接 焊接材料: t ig- r 31, 2. 580焊接电流: 90 110a焊后热处理: ( 720 750) ( 30 40)m in爆管原因分析从 12 月 23 日出现泄漏的焊口中取炉前 右数中排第 16 个焊口, 将焊口压断进行断口 分析。2断口形貌2. 1. 1宏观检验(1) 断口上有一长度约为 40 mm ( 三分 之一周) 的裂纹, 位于熔合区, 裂纹断面呈深 兰 色, 裂 纹 源 位 于 焊 缝 的 根 部, 约 为 10 2mm , 断面严重氧化。(2) 裂纹区以外的断口晶粒粗大, 焊口根 部有明显的焊瘤, 且裂纹源出现在焊瘤最严重处。(3) 裂纹区为细瓷状解理断口, 无塑性变 形现象。断口宏观检验如图 1 所示。2. 1山东电力技术1999 年第 6 期 (总第 110 期)图 1 断口宏观检验照片深色部分为裂纹区、裂纹源在焊瘤处熔合区为晶粒粗大的贝氏体和少量马氏体组2. 1. 2金相检验(1) 沿管子的纵向取样, 金相观察区为母材和裂纹附近的熔合区。(2) 母材为细小均匀的粒状贝氏体组织,织, 熔合区晶界严重粗化, 已发展为微裂纹。断口附近有较多的沿晶裂纹。 断口金相如图 2 所示。图 2断口金相照片 (400x )b. 熔合区时附近金相组织向。a. 母材金相组织2. 1. 3扫描电镜分析裂纹断口呈冰糖状花样, 为沿晶断裂, 断面上可见明显的二次裂纹。 断口扫描电镜如图 3 所示。具有再热裂纹敏感性的钢在一次焊接热作 用 下, 在 高 于 1100的 温 度 区 间 内, c r、 m o、v 、t i 等合金元素会重新溶入晶内, 在焊 后快速冷却过程中不能充分析出, 当进行二 次加热的再热处理时, 就会在晶内沉淀析出, 造成晶内强化, 使应力松弛所需的塑性变形 集中在晶界, 当晶界的塑性不足时, 就会产生 再热裂纹2 。 图 2 示出了已经严重粗化的晶界, 粗化的晶界已发展成为了微裂纹。裂纹产生原因分析33. 1钢研 102 化学成分的影响。钢研 102 含较 多 的 c r、m o、v 、b、t i 等 合 金 元 素, 根 据iiw 第 x 委员会推荐的公式计算1, 其再热裂纹敏感性指数 g= c r+ 3. 3m o + 8. 1v -2 = 4. 4 0, 说明钢研 102 具有再热裂纹倾81山东电力技术1999 年第 6 期 (总第 110 期)图 3断口扫描电镜照片 (sem )b. 熔合区轴向金相磨面的粗化晶界a. 裂纹处的冰糖状花样3. 2 接头区应力状态及温度的影响。强制对口以及由焊接缺陷引起的应力集中超过了出 现再热裂纹的临界应力, 是产生再热裂纹的 必要条件。 再热裂纹插销试验表明1 , 钢研102 焊接接头 ha z 过热区再热脆化敏感温 度为 720, 在此温度下, 当接头的应力大于或等于 7. 6 k g mm 2 时就会产生再热裂纹。 而施工时焊后热处理温度为 740, 使得处理部位两次经过了钢研 102 再热裂纹敏感温 度 (720)。3. 3 焊接工艺的影响。焊接电流对再热裂纹的影响最大, 主要是由于焊接电流过大时, 容 易引起晶粒粗大, 从而大大增加了再热裂纹 倾向。断口的宏观检验表明, 裂纹源之所以出 现在焊缝根部的焊瘤处, 就是因为焊瘤处瞬 间电流过大, 造成局部晶粒严重粗大引起的。 另外, 氩弧焊能量的高度集中、焊接位置 的困难、焊工操作手法不当也容易引起局部 的过热, 从而增加了产生再热裂纹的倾向性。成局部过热, 改全氩焊为氩弧焊打底电焊关盖面, 且严禁焊接电流过大。( 2) 由于环境温度较低, 为防止冷裂纹,进行焊前预热和焊后缓冷。(3) 不允许强力对口。(4) 原焊缝和焊接热影响区应打磨干净。( 5 ) 焊 接 材 料 改 为 与 钢 研 102 同 级 别r 34 和 r 347。 为避免焊后高温回火热处理导致的再热裂纹, 改焊后高温回火为焊后缓冷。结论临沂发电厂 4 号炉对流过热器出口联箱 管 座 钢 研 102 焊 口 裂 纹 为 再 热 裂 纹, 钢 研102 具有再热裂纹敏感倾向、焊工操作工艺 不当、焊接电流过大和焊后热处理不当是产生裂纹的主要原因。5返修结果返修工作由三公司负责, 电厂配合, 电科 院监督进行, 于 1999 年 1 月 9 日全部完工, 并进行 100% 的检验, 超声波检验和射线检 验 的 比 例 为 70% 和 30% , 一 次 合 格 率 为94. 5% , 对一次检验未合格的 17 个焊口按施 工工艺进行二次返修, 检验合格。 参考文献1 张相权等 “钢 102 焊接再热裂纹试验研究”2 周振丰、张文铖“