超超临界机组锅炉末过T92钢管焊接裂纹分析

摘 要：针对某电厂2×1000MW新建工程基建过程中，末级过热器出口管屏SA-213 T92钢管频繁出现焊接裂纹问题，通过光谱分析、射线探伤及渗透检测等方法对其原因进行分析，结果表明该焊接裂纹是在氩弧打底时产生的弧坑裂纹。通过改善焊接工艺，可以减少或避免此类裂纹的产生。

关键词：超超临界锅炉；T92钢；焊接裂纹

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

随着火电机组向超超临界、大容量、高参数、低能耗、高效率方向发展，势必对电站锅炉材料提出了更高的要求。SA-213 T92钢作为综合性能优异的高铬马氏体耐热钢，被广泛用于蒸汽温度580～600℃，管道壁温不高于620℃的过热器和再热器等锅炉高温受热面部件。

该项目为东锅超超临界锅炉，末级过热器出口管屏SA-213 T92钢管在地面组合焊接过程中，射线探伤发现平焊位置频繁出现焊接疑似裂纹，后沿管径深度方向剖切焊缝，采用渗透检测验证，发现根部明显存在裂纹，严重影响了焊接接头的力学性能。为了在后续基建过程中最大限度地避免SA-213 T92钢管焊接裂纹的出现，本文从焊接工艺入手，结合不同的检测方法对其预防措施进行深入研究。

1 焊接材料及检测手段

该项目末级过热器受热面出口管屏规格为Φ45mm*12.5mm，材质为宝钢产SA213-T92钢，采用钨极氩弧焊进行焊接。用直读光谱仪对取样管段进行合金元素分析。

氩弧焊钨极类型选用铈钨极，规格为Φ2.5mm。焊丝选用与SA-213 T92相匹配的MTS616焊丝，规格为Φ2.4mm。

射线探伤检测仪选用型号TH-2505的X射线探伤机，采用双壁双影透照法倾斜透照，选用Ⅰ型专用象质计。

渗透检测剂选用DPT-5溶剂型着色渗透探伤剂，包括渗透剂、清洗剂、显像剂。整个渗透检测过程使用同一厂家生产的同族组探伤剂，性能符合JB/T4730-2005的要求。

2 焊接及热处理工艺

SA-213 T92钢钨极氩弧焊接时，为防止根部焊缝位置产生氧化，管屏内部必须充氩气保护。充氩直接采用皮管插入管屏相联的集箱端口，并对管屏焊口另一端用双层可溶性纸进行封堵，形成密封的气室，确保充氩质量。

施焊前的点固焊也采用氩弧焊，焊接材料、焊接工艺、焊工及预热温度等与正式施焊相同。正式焊接过程中，焊口层间温度控制在200℃～250℃。氩弧焊打底厚度为3mm，对于氩弧焊填充盖面，焊道单层厚度不大于4mm，焊接时接头应错开5-8mm，整个焊缝连续完成。收弧时将熔池填满，避免产生弧坑裂纹。

末过出口管屏热处理采用柔性陶瓷电阻加热法进行，预热温度控制在150℃～200℃，预热宽度为每侧≮150mm，以保证热温度梯度的平稳。层间温度为150℃～250℃，焊接完成后，随即进行焊后高温回火，热处理温度为760℃，恒温保持2h。加热宽度、保温要求、测温要求等按照DL/T819有关规定。整个过程升、降温速度≯150℃/h。

3 试验结果与分析

（1）射线探伤分析。射线拍片采用双壁双影透照法倾斜透照方式，射线探伤底片如图1所示。 底片上很明显焊缝根部全在接头椭圆里面。在靠近焊缝根部，也就是氩弧打底的位置存在一条投影长约10mm的黑细线条缺陷影像，轮廓分明，中部稍宽不大，两端较尖细，黑度逐渐淡漠消失。缺陷特征明确，初步判断为横向裂纹缺陷。又该缺陷恰恰位于打底封口收弧的位置，应是由于打底收弧时不当引起的弧坑裂纹。

（2）此裂纹应是焊缝熔池在结晶过程中产生，是高温下形成的一种高温结晶裂纹。焊丝在焊接过程中不断送入熔池，形成很明显的随焊丝移动的，局部不均匀的温度梯度。离熔池较远金属不断冷却结晶，尤其是冷却到液-固相区的固相线附近，由于熔池液相凝固的收缩，残余液相不足，会导致焊缝区的液固界面产生拉应力作用。特别是在焊接收弧位置，不再有焊丝熔融的金属补充熔池，则拉应力势必会造成界面薄弱处的液相面产生的弧坑。此液态薄膜隔离了晶粒之间的联系，使晶界成为薄弱地带。在由收缩引起的拉伸应力作用下，就会沿界开裂，形成结晶裂纹。

（3）渗透PT检测分析。用角磨机沿管屏径向剖切焊缝，剖切表面光滑金属光泽，不存在影响渗透检测的铁锈、氧化皮、焊接飞溅、铁屑、毛刺等。采用溶剂去除型着色渗透检测。肉眼发现在径向约10mm深度时，存在有明显裂纹。渗透检测的裂纹显像如图2所示。

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正如射线底片看到的一样，缺陷特征明显，轮廓分明，略带曲齿，还有波状细纹，中部稍宽不大，两端较尖细，带有“小尾巴”，且裂纹深度正好位于氩弧打底的位置。继续将该管屏沿径向全部剖切开来，超标缺陷特征更加明显，如图3示，属于焊缝根部的横向裂纹，沿焊缝横断面垂直生长。也更好验证了射线底片上的缺陷影像。

4 焊接及热处理工艺分析

T92钢焊接过程中，焊缝熔池金属流动性和润湿性差，穿透力较小，就容易产生未焊透、夹渣、未融合等缺陷[8]，再者，T92钢本身导热率小，线膨胀系数较大，有一定的淬硬倾向，焊缝在降温过程中必然会产生较大的拉应力。

所以焊接工艺应进行严格控制。一方面，根据壁厚采用适当的坡口形式及焊接方法，宜采用多层多道焊，且必须控制每道焊缝施焊的时间间隔，选择较小的焊接电流，并适当提高焊接移动速度，减少高温停留的时间，尽量降低焊接熔池的线能量输入，减少母材在焊缝金属中所占的熔合比重。另一方面，严格控制预热温度与层间温度。对于T92钢小口径钢管的焊接，打底氩弧焊时，严格控制层间温度150℃～200℃；填充盖面焊接时，严格控制层间温度200℃～250℃；整个焊接过程中，必须保证加热均匀性和焊透性。

选用带有电流衰减装置的氩弧焊机，可以使弧坑温度慢慢降低，降低熔化金属因收缩而承受的拉应力。收弧时将电弧引向坡口边沿处，可以进一步降低焊接应力。焊接完成后，必须严格按照热处理工艺，进行高温回火，以消除焊接过程中的残余应力。

5 结论与建议

经过光谱分析、射线探伤及渗透检测等一系列的检测，发现该项目末级过热器出口管屏中的焊接裂纹是在氩弧打底封口时产生的弧坑裂纹，通过改善焊接工艺，使用带有电流衰减装置的氩弧焊机、收弧时将电弧引向坡口边沿处、偏移12点钟位置收弧等；在后续焊接中证实，可以有效地减少或避免此类裂纹的产生。建议在后续基建过程中，对焊接接头的弧坑裂纹缺陷，应加强针对性的检查，最大限度的发现此类危害性缺陷。

参考文献：

[1]杜保华，王大鹏，董雷等.超超临界1000MW机组锅炉高温受热面炉内壁温测量及分析[J].热力发电，2013（07）：118-122.

[2]范如杞，杨慧，杨翠林等. SA335P91/10CrMo910异种钢的焊接工艺研究[J].金属加工，2014（04）：58-60.

作者简介：王建斌（1975-），男，江西泰和人，本科，工程师，研究方向：大型火电厂金属技术监督，锅炉压力容器监察。endprint