锅炉受热面管异种钢焊接接头常见失效原因分析

锅炉受热面管异种钢焊接接头常见失效原因分析

乔琪

咸阳市特种设备检验所 陕西省 咸阳市 712000

摘要：电站锅炉受热面管屏失效类型多种多样，其中异种钢焊接接头开裂泄漏是受热面管屏泄漏的一种常见原因。本文主要分析锅炉受热面管异种钢焊接接头常见失效原因分析

关键词：异种钢；焊接接头；失效

引言

异种钢焊接接头出现失效较多的是铁素体钢与奥氏体钢的焊接接头，此类焊接接头多采用镍基焊丝。其成分与焊接接头两侧的母材差异较大，尤其铁素体一侧的熔合线两侧会形成一种异质界面。

1、锅炉受热面管焊接质量控制中出现的问题

1.1锅炉受热面管焊接的技术人员缺乏专业性

在锅炉受热面管焊接工作中，焊接技术人员的专业水平在很大程度上影响了焊接质量控制。对于锅炉受热面管的焊接行业中，一般情况下，对于焊接工作的技术人员要求并不是很高，但是，在实际的焊接操作过程中，对锅炉受热面管的焊接不仅仅是一种锅炉，是有很多种锅炉受热面管的，并且每种锅炉受热面管要求的焊接技术是不同的，技术要求是相对比较分散的。因此，对于某种特定的锅炉受热面管来说，对于焊接工作人员的技术要求是比较高的。但是，由于技术人工焊接技能不足，在焊接过程中，很容易出现操作失误或者焊接要求不达标，造成大量锅炉受热面管焊接完成后被返厂，甚至很多时候销毁掉不合格的锅炉受热面管。在这个焊接过程中，由于锅炉受热面管焊接的技术人员缺乏专业性，不仅浪费了大量的人力物力以及财力，并且从很大程度上造成了锅炉受热面管企业的经济效益低下。

1.2锅炉受热面管焊接的机械化普及率不高

在锅炉受热面管焊接质量控制中，焊接的机械化普及率不高是普遍存在的问题。锅炉受热面管的焊接与其他行业存在很大不同，大部分工艺都是需要工人手工操作完成的，并且焊接的程序是比较复杂的。由于人工焊接具有不确定性，因此，在焊接时很容易造成焊接位置不准，所以进行焊接完成后，为了对锅炉受热面管进行质量控制，需要对焊接出的锅炉受热面管成品工作进行二次检验，来保证成品可以达到相应的标准，保证锅炉受热面管的合格率。在焊接工作中容易造成误差也是导致质量不过关的重要原因之一，由于在焊接工人在工作时，缺乏必要的交流，以及没有及时地向老焊接工人学习有用经验，因此，大部分焊接工人在具体操作时，刚开始都会出现误差的情况，严重地影响了锅炉受热面管焊接的质量控制。

2、失效原因分析

2.1焊接质量

异种钢接头焊丝材料一般为镍基焊材，其成分与T91，12Cr1MoV等铁素体钢的差别很大，晶格结构也不同，因此其组织性能差别也较大，在受到外部应力时协调变形能力较差，必然会产生较大内应力。此外，焊接过程可能会引起第一类碳迁移，使焊缝侧出现高硬层（增碳和马氏体过渡层），带来新的组织性能的不均匀性。焊后热处理能够降低硬度梯度，降低应力集中，但对于9Cr钢来说，会增加Ⅳ型裂纹的风险；此外，经过焊后热处理的一些异种钢接头也频频出现断裂。异种钢接头断裂案例中发现了较多的碳迁移现象，但很大一部分断裂案例中并未发现明显增碳现象。因此不进行焊后热处理和碳扩散并不是异种钢接头断裂的主要原因。

2.2运行环境

有案例表明，内壁或外壁熔合线处的氧化可能是异种钢接头断裂的原因之一。由于焊缝和铁素体侧母材的成分差异，其抗高温氧化性和蒸汽侧氧化性能也存在巨大差别，当环境温度较高时，会在熔合线铁素体侧选择性氧化，形成缺口，在应力、疲劳的交互作用下逐渐开裂，失效案例中大多断口都存在氧化膜证明了这一点。此外，较高的环境温度会加速熔合线附近材料的氧化和老化蠕变，因此高温烟气侧异种钢接头出现问题的概率较高，一般建议将炉内高温管屏的异种钢接头设置在顶棚上方。

2.3应力状态

疲劳条件下，异种钢接头更倾向于在熔合线处断裂。有的锅炉高温管屏结构特殊，异种钢接头受力复杂，大部分断裂的接头受到了由于管子自重或其他原因（集箱位移、管子膨胀等）导致的弯曲载荷。但仅仅受到管系结构带来的弯曲载荷还不足以导致异种钢接头的频繁断裂，运行时管子的振动引起的疲劳应力才是接头断裂的主要原因，振幅越大，接头处应力越大，频率越高，使用寿命越短。由于管夹、悬吊等固定限位装置的脱焊、失效，不仅会引起外载增加，更会引起运行时剧烈的振动。

3、锅炉受热面管焊接质量控制的有效措施

3.1提高锅炉受热面管焊接人员的技术水平

为了有效地对锅炉受热面管焊接质量控制，需要提高锅炉受热面管焊接人员的技术水平。锅炉受热面管焊接人员的技术水平是影响焊接质量最主要的因素，为了从根本上对锅炉受热面管焊接质量控制，对技术人员水平的提高主要有以下几个方面：（1）焊接技术人员要根据自己的焊接工作内容，对相应的专业知识进行学习，要对知识熟练掌握来提升自己的焊接水平，在学习中实践，在实践中学习，有效提升自己的焊接技术；（2）要促进老焊接技术人员与新焊接技术人员之间的沟通交流，使老员工可以对新员工传授有用的实操经验，并且可以在具体的操作中进行技术指导；（3）在实际的焊接操作中，难免会出现各种各样的问题，为了使这些问题可以得到有效解决，可以建立意见簿，使焊接技术人员可以根据实际操作中出现的问题进行反馈，焊接技术人员之间可以及时地进行沟通探讨，并有效地解决。总之，通过多方面手段提高锅炉受热面管焊接技术人员的专业水平，有效地加强锅炉受热面管焊接质量控制。

3.2强化焊接质量检验

锅炉受热面管生产中，如果焊接材料板厚或型材壁厚小于10mm，需对其进行RT检测。实际检验中，应重视外观检验、无损探伤、力学性能三个方面的具体检测。就受热面管焊接质量外观检测而言，不仅要检查焊缝余高、宽度等情况，而且需考虑与母材过渡的圆滑度，此外，应就材料咬边、弧坑、气孔、夹渣等情况进行系统检测。在锅炉受热面管无伤探测中，X射线探伤、超声波探伤是两种较为常用的检测方式，应通过这些方式发现焊接缺陷的具体位置和缝补，然后针对性地进行补焊处理。此外，受热面管的力学性能检测应符合《锅规》、《容规》的检测要求，这样能有效提升锅炉受热面管焊接质量，为现代工业生产创造有利条件。

3.3注重焊接材料的质量检验

作为锅炉受热面管焊接质量控制的基础焊接，焊接材料检验包含了众多检查项目。就锅炉受热面管焊接材料而言，其包含了焊条、焊丝、焊剂等诸多内容。在材料检验中，不仅应检查材料的质保书、品名，而且需对材料的材质、规格、数量、外观等要素进行核对，确保材料端面或断口处有分层、夹杂等缺陷。在检查中，需抽选10%左右的样品送往检验；针对具体的材料检验结果，还需规范填写《材料进货检验单》。此外，为避免锅炉受热面管焊接中出现质量问题，还应规范焊接材料的存储管理，通常，焊接材料与地面、墙体的距离保持在300mm，同时焊材所存空间的室内温度应高于5℃，同时相对湿度不超过60%。

结束语

异种钢接头钢侧异质界面的应力集中即使焊后热处理也很难避免，只能减弱，结构原因导致的弯曲应力也无法消除，因此，防止该异种钢接头开裂的主要手段就是严格控制焊接质量，不得出现错口、咬边、未熔合、形状突变（如根部凸起焊瘤）等加剧应力集中程度的焊接缺陷。

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