百万机组塔式锅炉焊口密封焊接裂纹分析

赵训权 彭学兵

摘要：百万塔式锅炉已成为国内超超临界机组发展的趋势，锅炉受热面的焊接质量直接影响机组的安全运行，本文分析了12Cr1MoV水冷壁密封裂纹产生的原因，提出了防止裂纹产生的措施。

关键词：水冷壁；12Cr1MoV；焊接工艺；裂纹

引言

国投南阳某电厂锅炉为1000MW超超临界参数变压运行螺旋管圈水冷壁直流燃煤炉。水冷壁管子规格为Φ44.5×8mm，材料为12Cr1MoVG；鳍片材料为12Cr1MoVG，厚度6mm。在地面组装及高空安装阶段，在焊口密封发现裂纹。

12Cr1MoV是珠光体耐热钢，在锅炉受热面中应用广泛，该钢材具有较好的高温强度和高温抗氧化性，有一定的冷裂和再热裂纹倾向。近几年我公司承建的北方高寒地区电厂工程中陆续发生水冷壁焊口密封裂纹，焊口密封虽然是非承压元件，但与之相邻的管子为承压部件，焊口密封上的裂纹在锅炉的运行中延伸到水冷壁管子上会到导致爆管，严重影响运行安全。经过我们对焊接裂纹的研究分析，改进安装、焊接工艺，有效的控制了焊接裂纹的产生。

1、现状调查

水冷壁焊口密封块材质为12Cr1MoVG，厚度δ=6mm，与密封块相邻的管子规格为Φ44.5×8mm，材质为12Cr1MoVG。焊口密封采用手工电弧焊焊接，焊条采用CHH317，焊前预热、焊后缓冷。缓冷结束后右少量裂纹，焊接结束24h后检查发现裂纹数量有所增加。如图一所示。根据裂纹产生时机和形状分析裂纹大部分裂纹属于再热裂纹。

2、原因分析

2.1材料化学成分分析

12Cr1MoVG是珠光体耐热钢，在500-550℃时有较高的热强性和疲劳强度，在锅炉受热面广泛应用多年，与之对应的焊接材料CHH317制造工艺也非常成熟，使用多年来未发生大量的裂纹等缺陷，我们委托试验室对12Cr1MoV母材和CHH317焊条进行了光谱复核。结果见表一和表二。

12Cr1MoVG母材和CHH317光谱复核化学成分全部在规范要求的范围内，排除了母材或者焊材质量不合格引起的焊接裂纹。

2.2焊件组对分析

减少焊件组对间隙，可以减少焊缝熔敷金属量，减少焊缝收缩应力。密封片因下料尺寸偏小导致密封组对间隙普遍大达5～6mm，且塔式炉围墙段管屏水冷壁节距宽达120mm，焊缝尺寸较长，导致密封块的熔敷金属量大大增加，这样必然容易引起焊缝裂纹。所以组对间隙较大是引起裂纹的主要原因之一。

2.3焊前预热和后热缓冷工艺分析

焊前预热可以减少焊件温度梯度，减慢焊缝及近区的冷却速度，降低温差应力和收缩应力，减小淬硬倾向。焊后进行300-400℃的后热可以加速焊缝中扩散氢的逸出，减少氢致裂纹。经调查焊口密封施工时气温寒冷，焊前采用烘把预热后焊接，但预热与焊接间隔时间较长且没有保温措施，造成焊缝及近缝区存在较大的温差应力和收缩应力。

2.4焊接顺序分析

合理的焊接顺序有利于焊缝应力的释放，焊缝密集的构件焊接时先焊接收缩量较大的焊缝，这样较大收缩量的焊缝可以自由收缩，焊接完成后可以减少整个焊件的焊接应力。现场调查得知焊工对密封片没有分段焊接，而是图方便从一个方向绕四周连续焊接，导致焊接后焊缝无法自由收缩，造成较大的收缩应力。

2.5焊接参数分析

适当增加焊接线能量有利于减少热影响区的淬硬倾向和氢的扩散逸出，从而减小焊接接头的冷裂倾向。但较大的焊接参数也会导致焊缝晶粒粗大，所以必须选择合理的工艺参数，因焊件组装间隙较大，焊接时普遍采用了比工艺规范较小的焊接工艺，造成热影响区有较大的淬硬性。

3 防止裂纹产生的工艺措施

3.1减小密封片组对间隙

对尺寸不符的密封块進行更换，按现场时间尺寸下料，保证组对间隙不大于2mm，减少焊接熔敷金属量。

3.2改进预热和后热工艺

用烘把将待焊部位均匀预热至200-300℃，并扩大焊缝两侧加热区域，减少同时预热的密封块数量，预热三片焊接三片，焊接区域反面用保温棉覆盖，减慢焊接区域散热速度，保证预热效果。三片密封块一侧焊缝焊接结束后用烘把加热至300-400℃恒温5分钟后用保温棉覆盖缓冷，释放焊接应力。

3.3选择合理的焊接顺序

拼缝焊接完成后采用分散跳焊方法焊接密封块，即焊接一片密封块后隔开四片后再焊，焊接时由中间向两边焊接。每片密封块的焊接顺序如图二所示。

（1）点焊焊缝①②。

（2）先焊接③，采用间隔跳焊的方式，即焊接一片密封块后隔开四片后再焊。

（3）一片管排③焊接完成后，进行④的焊接。④的焊接也采取与③同样的方式。

（4）焊接①，方法同③焊接。

（5）最后焊接②，方法同③焊接。

二名焊工在密封块上下二侧相隔2片同时焊接，有利于第二次焊接减少对焊缝产生再热裂纹，并且后一次焊接可以对对面焊缝进行一次回火处理。

3.4选择适当的焊接工艺参数

在合格的工艺评定参数范围内选择较大的工艺参数，减少热影响区的淬硬倾向和氢的扩散逸出。

采用改进后的工艺措施焊接完成后，对密封进行PT检查，未发现裂纹。

4.结论

4.1较大的组对间隙和错误的焊接顺序是产生裂纹的主要原因。

4.2选择正确的焊接工艺可以避免12Cr1MoV焊口密封焊接裂纹的产生。

参考文献

[1]王钰。珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治[J]。石油工程建设，1999（6）。

（作者单位：中国能源建设集团浙江火电建设有限公司）