SA213-T23钢焊口裂纹原因分析及处理

作者:吴红涛;耿德标;唐勇;冯立中 刊名:华电技术 上传者:孙锦媛

【摘要】论述了SA213-T23钢出现焊口裂纹的原因,对出现裂纹的SA213-T23钢焊口进行了金属理化分析。因焊口裂纹具有再热裂纹特征,它与结构应力、焊接残余应力及焊缝在运行温度区间出现二次硬化有着密切的关系,建议严格执行焊接工艺并优化机组运行方式,以防止SA213-T23钢焊口在运行中再次出现裂纹。

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0引言徐州华润电力有限公司(以下简称华润电力公司)21000MW超超临界机组锅炉是由上海锅炉厂引进德国ALSTOM公司技术生产的SG-3050/27.46-M535型超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、一次再热、全悬吊结构塔式布置锅炉。#5机组于2010年6月22日投入商业运行,截至2011年4月28日已运行7440h。SA213-T23钢管(标高34.58m以上)规格为38.1mm6.8mm,焊接方法为TIG焊,焊材为德国蒂森的SA213-T23钢专用焊丝WZCr2WV焊丝。1裂纹概况2011年5月,在#5机组检修期间,技术人员针对性地对焊口进行了检查。在对3580根SA213-T23钢焊口检查中,发现裂纹缺陷的有44根,其中,在标高62.5m处存在缺陷的43根,80.9mY形三通处存在缺陷的1根,发生裂纹的部位均位于垂直段水冷壁。发生裂纹的部位全部在背火面和正火面的正对位置,大多沿焊缝横向开裂,横贯焊缝止于两侧母材。裂纹在内壁沿管子轴向扩展至母材,裂纹主要在焊缝扩展,沿管子轴向扩展到距离熔合线2mm左右的位置。2金属理化分析华润电力公司委托相关单位对割管取样进行金属理化分析。分析测试内容包括化学成分、焊缝室温冲击韧性、接头的显微硬度分布、接头显微组织及焊缝组织精细结构等。2.1化学成分华润电力公司委托相关单位对割管取样进行了化学成分分析,分析结果表明,该试样的化学成分符合标准要求。2.2冲击试验无论是向火侧还是背火侧的裂纹,焊缝的冲击功都很低。焊缝韧性低于标准要求的50%以上,其原因可能是机组运行后焊缝冲击韧性明显降低。2.3显微硬度2.3.1向火侧向火侧接头的硬度分布如图1所示。由图1可知,焊缝和粗晶区的硬度很高,明显高于母材的硬度。焊缝中一些区域的硬度甚至超过350HV,较运行前明显增加(焊缝在焊态下的硬度低于300HV)。图1向火侧硬度分布图2.3.2背火侧背火面侧接头的硬度分布如图2所示。从图2可以看出,粗晶区的硬度仍然最高,焊缝的硬度有所降低,低于向火面焊缝的硬度,但仍然高于焊缝原始硬度。2.4金相分析从图3、图4可以看出,裂纹比较曲折,在外壁附近的裂纹出现分支且越来越细,证明该管样的裂纹是从内壁向外壁扩展的。2.5扫描电子显微镜分析从扫描电子显微镜SEM(ScanningElectronicMicroscopy)分析中可以看出,裂纹沿晶扩展特征非常明显,如图5、图6所示。2.6透射电子显微镜分析焊缝向火侧采用了透射电子显微镜TEM(TransmissionElectronMicroscope)分析方法,透射电子显微镜照片如图7所示。由图7可以看出,在焊缝基体内析出了非常细小的沉淀相。3裂纹原因讨论裂纹为沿晶开裂,性质应为再热裂纹特征,此特征可能与结构应力、焊接残余应力以及机组运行温度有关。3.1焊缝应力分析接头形式为环焊缝,它被周围鳍片固定,环焊缝受到的轴向应力较小。由焊缝承受的纵向应力根据下式计算zs=p(Dw-)/(2)=32.2(38.1-6.5)/(26.5)=78.3(MPa),式中:p为计算压力,取32.2MPa;Dw为管子外径,取38.1mm;为有效壁厚,取6.5mm。结果表明,运行时焊缝的纵向应力较大。因此,裂纹大多是沿焊缝横向产生和扩展的。3.2再热裂纹倾向水冷壁介质出口温度为500,在裂纹焊口标高位置(62.5m)的介质温度达到480左右,向火侧管壁的温度一般比管内介质温度高5090,由此判断焊缝向火侧的工作温度为530570。SA213-T23钢的时效倾向在550时最为明显,且SA213-T23具有非常明显的

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