WB36管道焊接裂纹原因分析及处理

李 强

（广东省粤电集团有限公司沙角A电厂，广东东莞523900）

0 引言

2017年，靖海电厂1 000 MW机组再循环管道改造，管道规格φ273×35，材质为WB36（15NiCuMoNb5），共22道焊缝，焊接热处理完成后进行超声检查发现其中有10道焊缝存在反射波超过判废线的缺陷，缺陷长度几乎围绕整个焊缝，缺陷深度在20～30 mm之间，初步判定缺陷的性质为环向裂纹。通过环切焊缝后渗透检测结果显示为裂纹，如图1所示，证实了超声检测的判断。

图1 焊缝渗透检测显示裂纹

1 WB36钢简介

WB36钢（15NiCuMoNb5）是德国研制的Ni-Cu-Mo型低合金耐热钢，由于其优异韧性和高温强度，被广泛应用于电站500℃以下的承压管道。通过对其碳当量和冷裂纹敏感指数的计算可知，WB36具有一定的冷裂倾向，焊接时需对其适度预热。

2 产生裂纹原因分析

管道焊接出现大面积的裂纹首先应审查焊接和热处理工艺是否恰当，表1为焊接和热处理工艺卡的关键内容，对各项技术要求的检查发现没有不当之处，对焊条和焊丝的光谱检查也都符合各项标准，所以排除以上情况对焊缝的影响。

表1 关键焊接和热处理工艺

焊缝位置分布如图2所示，出现裂纹的焊缝是B7～B11、A7～A11，可以明显看出有裂纹的焊缝全部分布于阀门端。并且通过硬度检测发现，有裂纹的焊缝硬度大多不合格，表2为部分缺陷焊缝的硬度值。经过热处理后硬度严重超标，表明热处理实际温度没有达到工艺标准，同理推断预热的温度也可能没有达到150～200℃。调查中了解到，在预热和热处理时，控温点均设置在坡口（或焊缝）靠直管一侧。而阀门侧的直管段较短，受热面小，加上管壁较厚和向阀体方向的热传导，使靠近阀门端的坡口（或焊缝）的实际温度低于控制温度，因此达不到预热和热处理的效果，这是焊接出现冷裂纹和热处理后焊缝硬度过高的主要原因。

图2 焊缝位置分布图

表2 部分裂纹焊缝的硬度

3 改进方案

3.1 控温点位置调整

由于阀体和阀门侧直管较短的影响，焊缝靠阀门侧的温度比靠直管的温度低，为保证预热和热处理的温度达到设定值，所以焊缝靠阀门一侧必须设置一个控温点。同时在直管段也设置一个温控点，如图3所示，坡口或焊缝的两端温度保持一致。加热方式为坡口或焊缝两端各一条陶瓷加热绳。

图3 焊缝位置及控温点

3.2 阀门辅助加热

靠阀门侧的直管由于加热面积不足，加上阀体的吸热影响，温度很难达到，所以必须对阀体进行辅助加热，控温点如图3所示。加热采用500 mm×500 mm的陶瓷加热块，对阀体的左右和底部加热。

3.3 热处理工艺调整

增加阀门的热处理曲线，如图4所示，预热温度设定为200℃，并且阀门率先升温0.5 h，以消除阀体吸热的影响，反而让坡口阀门端的升温更加顺畅。由于管壁较厚，为了让内外温度更加均匀，当坡口温度达到180℃后，选择恒温1 h再进行焊接作业。考虑到焊后热处理温度较高，为了减少阀门吸热的影响，并综合考虑到保护阀门，选择阀门温度设定为400℃。

图4 阀门及焊缝升降温曲线

3.4 层间温度实时监控

层间温度过低会导致冷裂，过高又会降低焊缝强度。利用激光测温仪对焊接时的层间温度实时监控，温度达到才能施焊，温度超过300℃要等待其冷却后再焊接。

4 方案实施及结果

首先对其中一个缺陷焊缝环切，打磨好坡口，经渗透检测合格后，通过严格实施上述方案，获得了很好的效果，超声检测、表面磁粉检测和硬度检测都合格。然后按照此方案对其他焊缝进行处理，均获得了合格的焊缝，证明裂纹产生原因分析准确，处理方案设置得当。

5 结语

WB36的焊接有一定的淬硬倾向，焊接时对预热温度和层间温度要求较为严格，预热温度必须在150℃以上，否则易出现冷裂纹。当存在影响层间温度的因素（如阀门）时，要尽量减少其影响。预热和热处理控温点的布置应反映坡口或焊缝的真实状态，层间温度的控制应有测温仪实时监控。

[1]王香云，王文先，李结木.WB36钢焊接工艺性分析及应用[J].机械工程与自动化，2007（3）：71-73.

[2]火力发电厂焊接热处理技术规程：DL/T 819—2010[S].