电站低合金钢密封焊接裂纹研究分析及防治措施

电站低合金钢密封焊接裂纹研究分析及防治措施

杨志鹏 王登第 毛春生 柴茂海

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250102

摘要：以当前超超临界机组检修项目为依托，分析低合金钢密封焊接裂纹产生因素，提出相应的，为类似低合金钢密封焊接施工项目起到借鉴作用。

关键词：低合金钢;焊接裂纹；密封焊接

1 前言

目前在锅炉机组检修市场施工过程中发现超超临界机组受热面低合金钢密封部位存在不同程度的焊接裂纹，经磁粉探伤确认并研究发现，此类裂纹为机组安装时现场遗留的微观焊接质量缺陷，经过机组运行过程中温度变化，焊件应力得以释放从而导致焊接裂纹产生或延伸。如在某超超临界机组检修过程中发现密封裂纹延伸至管子等严重后果，不仅仅存在冒烟、漏灰等问题，还为机组运行带来了极大的质量、安全隐患。

2 原因分析

焊接裂纹是一种常见并且危险性极大的焊接缺陷。在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接头中局部位置的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙。根据目前检修市场施工工程中发现的现状，并结合受热面密封焊接部件材质低合金钢15CrMo、12Cr1MoV的焊接性，此类材料具有明显的淬硬倾向，在焊接时，焊缝和热影响区容易出现硬脆的马氏体组织，从而产生很大的内应力，导致焊接接头热影响区产生裂纹。在机组安装过程中，现场工期较紧造成焊件应力释放不充分、操作人员和监督人员对密封焊接不够重视、焊接质量意识淡薄等都是造成焊接裂纹产生的因素。

3 防治措施

（1）密封焊接区域表面清理

低合金钢密封裂纹大多在焊后一段时间内产生，大多为延迟裂纹。氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成很强的拘束应力。

因此，要求现场焊接操作人员对焊接区域附近20mm范围内母材和密封塞块进行机械打磨，坚决清除焊接区域内存在油、污、漆、锈、氧化皮等异物，确保焊缝区域干净，减少焊接过程中氢的吸入量。

（2）制定合理的焊接顺序

现场调查发现易发生裂纹区域都存在较大的焊接变形，焊接变形本质上是金属在不均匀分布的热场分布下产生不均匀的塑性变形产生的横向收缩和纵向收缩表现出来的变形。

经过对焊接变形进行分析，安装焊接过程最明显的是焊缝集中造成局部变形较大。高参数机组受热面的管径较小，管子和管子之间的间距比较小，进行局部施焊过程中金属接受了较大的热输入，产生了较大的热膨胀，而管子和鳍片不同的膨胀系数导致了不同的膨胀量，焊接顺序不正确都会加大这一趋势，最终产生了较大的焊接变形；并且在对口拼缝过程中施加的外力过大，进一步加重了焊接变形。

因此，焊接过程中制定了整体间隔跳焊焊法，如图1所示焊接完a、c、e区域的焊缝后再焊接b、d、f区域，依次类推进行，有效降低相邻管组间的焊接应力。在局部实施分散对称法，控制次条焊缝和上条焊缝间距至少250mm，具备条件时最好双面双人对称同时焊接的方式，效果更加理想，具体焊接顺序如下图2。

图1整体间隔跳焊法                     图2局部分散对称法

施工前对焊接操作人员进行详细的技术交底，严格要求现场焊接顺序按照以上方案实施，必要的时候进行现场交底，同时进行顺序标记，确保施工人员明确焊接顺序。

（3）制定合理的焊接工艺参数

为更好地控制焊接层间温度，在方案实施过程中，需紧盯现场施工，确保施工人员严格按照工艺执行，通过间接规范控制焊接电流，控制焊接热输入，规定Φ3.2焊条电流控制在120A以下，并控制焊接速度，保证焊道厚度不得超过焊条直径，焊道宽度不得超过焊条直径的4倍。

（4）严格执行焊前预热

焊前预热能有效减少焊接应力，加速氢逸出，从而减少裂纹的产生。根据《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869、《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL/T 819的要求，规定材质为15CrMo的密封焊接区域焊前预热不得低于150℃、材质为12Cr1MoV的密封焊接区域焊前预热不得低于200℃，采用烤把等工具进行预热，注意喷嘴与焊件保持距离，防止造成焊接区域氧化，预热过程中使用远红外测温枪进行测温，确保预热效果。

（5）焊后消减焊接应力

实践和理论表明，焊后热处理能够有效降低焊接应力。15CrMo、12Cr1MoV的受热面局部密封焊接完毕后，按照规程要求固定好热电偶、加热片、保温棉后将焊接密封部位加热至300-400℃，保温10min-30min后缓慢冷却。个别困难位置采用烤把加热至300℃，加热过程中注意保持加热宽度和温度的均匀性，恒温10min后覆盖保温棉冷却至室温。

4.结论

通过上述措施，可有效控制低合金钢密封焊接裂纹，确保机组运行后无漏烟、漏灰及其它质量隐患。同时，可结合现场实际情况，制作符合现场密封焊接实际情况的的预热、后热等夹角、工具，确保预热、后热效果的同时防止焊前预热产生氧化皮。

参考文献：

[1]张涛,陈浩,田峰,等.350 MW超临界直流锅炉水冷壁焊接接头开裂行为分析[J].焊接,2019(10):58-61+68.

[2]刘承鑫,牛坤,范志东,等.某超临界锅炉12Cr1MoV水冷壁补焊后开裂原因研究[J].热加工工艺,2022,51(03):157-161.DOI:10.14158/j.cnki.1001-3814.20200713.