熔盐炉盘管断裂原因分析及改进

宁 晔

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏 常州 213000）

熔盐炉盘管断裂原因分析及改进

宁 晔

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏 常州 213000）

某企业一台RYL-6400（550）MA型熔盐炉在辐射段盘管卷制过程中，在焊缝处两次发生断裂。本文对断裂原因进行了分析。

熔盐炉盘断裂；原因；改进意见

1 基本情况

该熔盐炉辐射段盘管采用φ88.9×4的12Cr1MoVG，盘管直径为φ2570，盘管速率控制在3000mm/min左右。2014年3月25日开始焊接并盘管，3月27日发生一处焊缝断裂，当时车间未向质检部门汇报，割去断口并重新焊接后继续卷制，3月28日再次发生焊缝断裂。

2 断口检查情况

2.1 3月27日断口

（1）全管断裂。

（2）管子靠近弯管机上辊一侧（内侧）有80mm断口，位于母材区，呈三角形。厚度方向断口呈斜面，表面平整，有斜向晶粒滑移线。呈压缩剪切破坏特征（如图1）。

（3）其余断口位于外侧，沿焊缝中心线断裂，断口平，表面晶粒突出，无明显延伸及收缩，呈脆性断裂特征。根部有严重未焊透，长95mm，宽1.5～2.5mm，最宽处位于管子最外侧。

2.2 3月28日断口

（1）全管断裂。

图1

（2）管子靠近弯管机上辊一侧（内侧）有82mm断口，位于母材区，呈三角形。厚度方向断口呈斜面，表面平整，有斜向晶粒滑移线。呈压缩剪切破坏特征。

（3）有113mm断口位于外侧，沿焊缝中心线断裂，断口平，表面晶粒突出，无明显延伸及收缩，呈脆性断裂特征。根部有严重未焊透，长123mm，呈月牙形，最宽处达3.0mm，且位于管子最外侧。

（4）其余断口断裂位置位于母材区，有明显延伸及收缩，呈拉伸延性断裂特征（如图2）。

图2

3 断裂原因分析

由于是全管断裂，确定断裂开始的部位对分析断裂原因很重要。据调查，发生在二次断裂时，焊缝刚进入弯管机上辊，此时主要的受力情况为：外侧受轴向拉应力，内侧受轴向压应力。由于管子在盘制时，应力加载速度并不大，根据12Cr1MoVG的材料特性，此时轴向压应力不会导致管子断裂，最多会引起失稳变形。所以首先发生断裂的部位应在焊缝外侧受轴向拉应力的区域。

对所用材料及焊材进行了复查，符合标准要求。12Cr1MoVG为宝钢生产，入库编号为22G3-8，σs=440/460MPa、σb=560/585MPa、δ=27.0%/26.0%，工厂复验值为σb=537MPa、δ＝26.0%。据此可以确定：盘管时为了达到弯制的目的，管子外侧轴向拉应力应大于σs，且盘制速度愈快，应力愈大，估计在440～540MPa范围内。

焊接采用φ1.6的TIG-R31焊丝（相当于国标ER55B2MnV），上海电力修造总厂有限公司出品，符合企业标准Q/FAAX.31-2000,焊前预热,焊后缓冷。原质保书中熔敷金属拉伸试验：σs=510MPa、σb=640MPa、δ=27.0%。（Q/FAAX.31-2000标准要求：σs≥440MPa、σb≥540MPa、δ≥17.0%），相对于母材为高匹配（工厂焊接工艺评定合格，拉伸试样断裂于母材）。

管子首先沿焊缝中心断裂，而不是在强度较低的母材区及热影响区，是由于在焊缝中心存在有深、长的未焊透，且位于受力最大的管子外侧，焊缝截面积大大减小，致使焊缝所实际承受的拉应力大大超过了钢管（根据实际焊缝截面积估算，焊缝中心实际承受的拉应力为650～800MPa）。再加上未焊透所引起的应力集中，最终导致焊缝断裂。（从断口情况来看，有未焊透的部位，断口与未焊透平齐，而不存在未焊透的部位，断口在母材或偏离中心线，也可以印证这一观点）。

4 结语

由于管子外侧焊缝存在有严重的未焊透，减少了焊缝截面积，并产生应力集中，在弯管时产生了较大的拉应力作用下发生断裂。由于断裂是在瞬间发生，管子内侧除了承受弯管所产生的应力外（轴向压应力+周向压应力+纵向剪力），在瞬间还承受了极大的冲击动载荷，最终在变形较小的情况下发生了压缩剪切断裂。

5 改进意见

（1）分析上述未焊透产生的原因，焊缝破口间隙过小（局部甚至无间隙）是产生未焊透的主要原因，并不排除焊接参数不当及运条方式不当的因素。工厂应进一步加强工艺纪律，质检人员应加强巡回检查，着重注意坡口间隙、焊接参数的控制。射线抽查探伤部位要有代表性，能真正起到监督焊接质量的作用。

（2）12Cr1MoV焊接难度较大，工厂积累的经验也不多。工厂应加强对焊工的培训教育，根据12Cr1MoV的特点、有针对性地对焊工进行培训，并组织焊工考核，选派其中优秀的焊工进行产品施焊。进一步完善工艺焊接（从断口上可知，焊缝的脆性较大），不要满足于一次工艺评定，应多试验，多积累经验、数据。

（3）严重的未焊透发生于管子外侧，有其偶然性也有其必然性。由于工厂管子弯制工艺及场地所限，甚至某些焊工为图方便，许多焊缝焊接使采用了水平固定的焊接位置（全位置焊），而管制外侧焊缝处于难度较大的立焊或仰焊位置，较易发生缺陷。工厂应教育焊工，焊接时尽量采用水平转动焊，对只能采用水平固定焊的焊缝，应增加射线探伤的抽查数量。

（4）由于熔盐炉运行条件较为苛刻，而12Cr1MoVG残余应力较大，盘管速度应适当降低，不要简单引用20号钢管盘管速度。为了确保质量，应对已完成的焊缝增加射线探伤的抽查数量。

（5）实际所用12Cr1MoVG批号的屈强比较高（n=440/560=0.78，GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》规定：σs≥255MPa、σb＝470～640MPa），应尽量选购σs适中、屈强比较低的批号。

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1671-0711（2017）04（下）-0028-02