15CrMoG螺旋水冷壁冷裂紋產(chǎn)生原因分析及解決方案

楊志鵬 孫艷平

摘 要：針對(duì)我公司施工的15CrMoG螺旋水冷壁管焊接裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，確定裂紋產(chǎn)生的原因，改進(jìn)對(duì)施工方案，減少焊接缺欠的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：15CrMoG 焊接 冷裂紋 應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TK223.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-00-02

在我公司施工的15CrMoG小徑螺旋水冷壁焊接施工初期，多次出現(xiàn)了裂紋缺欠，確認(rèn)為冷裂紋后，通過對(duì)施工個(gè)環(huán)節(jié)的仔細(xì)觀察與認(rèn)真分析后，確定了主要原因是施工過程中存在拉應(yīng)力，在明確應(yīng)力產(chǎn)生原因后采取有針對(duì)性地措施，改進(jìn)對(duì)施工方案，減少焊接缺欠的產(chǎn)生，提高焊口一次合格率，對(duì)提高施工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益都有意義。

1 施工情況

我公司承建的新疆阿拉爾盛源熱電2×350 MW機(jī)組工程中鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，上部水冷壁為垂直光管膜式水冷壁，爐膛下部水冷壁采用螺旋管圈布置（采用光管），由膜式水冷壁及散管組成，上下部水冷壁間采用中間混合集箱過渡。螺旋水冷壁規(guī)格為Ф32×5.5，材質(zhì)為15 CrMoG。15 CrMoG鋼可焊性較好，由于合金元素較多，具有淬硬傾向，易在焊縫和熱影響區(qū)形成對(duì)裂紋敏感的顯微組織，在擴(kuò)散氫和拘束應(yīng)力的共同作用下，容易產(chǎn)生冷裂紋缺欠。

在螺旋段水冷壁管屏焊接后探傷檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分焊口出現(xiàn)裂紋缺欠。初始認(rèn)為是個(gè)別焊工操作不當(dāng)，焊接工藝執(zhí)行不嚴(yán)格造成的原因。要求該焊工認(rèn)真執(zhí)行焊接工藝，注意焊接起弧收弧處收弧處理，加強(qiáng)打底焊道焊后檢查。然而隨后又有裂紋缺欠的產(chǎn)生，而且也不集中在一個(gè)焊工身上，但是裂紋所處位置相近。

2 裂紋產(chǎn)生原因分析

察看探傷底片（見圖1），裂紋位于12點(diǎn)位置附近，即焊接過程的起弧收弧的位置，屬于應(yīng)力集中位置。用磨光機(jī)打磨缺欠位置（見圖2），確認(rèn)屬于根部橫向裂紋，裂紋無分支。可以明確斷定為冷裂紋。

冷裂紋產(chǎn)生的原因主要有3個(gè)方面的原因：

①焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化。

②擴(kuò)散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺欠處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力。

③存在較大的焊接拉應(yīng)力參考相關(guān)資料，對(duì)施工中的人、機(jī)、料、法、環(huán)等環(huán)節(jié)逐一進(jìn)行檢查，查找原因。

（1）焊工為持證合格焊工，有過多臺(tái)機(jī)組管道焊接的施工經(jīng)驗(yàn)；

（2）機(jī)械、工器具性能良好；

（3）焊絲為焊材選用上海電力修造廠生產(chǎn)的TIG-R30 Ф2.5焊絲，符合GB/T 8110-2008的標(biāo)準(zhǔn)，氬氣在當(dāng)?shù)夭少彛垦b形式供貨，符合GB/T4842-2006的

標(biāo)準(zhǔn)；

（4）在組合、安裝焊接過程中，施焊位置有2G、5G、6G等多種位置形式，在綜合考慮施工難易程度及勞動(dòng)效率等因素后，采取GTAW焊接方法，公司擁有相關(guān)管道的焊接工藝評(píng)定。GTAW的焊接氣氛具有超低氫的特點(diǎn)，有利于防止氫致裂紋的產(chǎn)生。在焊接過程中焊接參數(shù)為：直流正接80～110 A、電壓10～14 V，氬氣流量為8～12 L/min。在焊接過程中焊工也能較為嚴(yán)格執(zhí)行該焊接工藝參數(shù)。可以降低在焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生過熱組織，晶粒粗大降低焊接接頭的抗裂性能的可

能性。

（5）施工時(shí)間為夏季，本地夏季日照強(qiáng)烈，日照下管子溫度能達(dá)到40 ℃以上，焊前可無需進(jìn)行預(yù)熱，也有利于延遲焊后焊縫降溫速度，有利于焊縫中氫的逸出；

通過上述幾方面的分析，可以將冷裂紋產(chǎn)生的①②兩項(xiàng)原因排除在外，基本可以確定為應(yīng)力所致。

在對(duì)從對(duì)口到焊縫清理的整個(gè)施工過程進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)水冷壁在對(duì)口過程中存在使用撬棍或楔子等工具進(jìn)行對(duì)口調(diào)整，如圖3所示：

圖1

圖2

圖3

而且發(fā)現(xiàn)我們?cè)谧鳂I(yè)指導(dǎo)書中要求的定位焊縫的長(zhǎng)度一般為10 mm左右，厚度為2～3 mm，對(duì)稱分布在焊口兩側(cè)的要求不能適應(yīng)此種對(duì)口方式，面對(duì)在對(duì)口過程中外界施加的外力，定位焊縫強(qiáng)度太低，容易產(chǎn)生晶間開裂或裂紋，如果在根部焊縫施焊道定位焊縫處未將晶間開裂或裂紋熔化，就成為裂紋的發(fā)展源，這應(yīng)是裂紋出現(xiàn)在此位置的重要原因。因此重新要求焊工在點(diǎn)口過程中定位焊縫長(zhǎng)度要達(dá)到1/4焊縫長(zhǎng)度，以增強(qiáng)定位焊縫的強(qiáng)度，抵御對(duì)口過程中外界所施加的應(yīng)力，前后兩種定位焊縫形式見圖4。

在采取減少強(qiáng)力對(duì)口，增長(zhǎng)定位焊縫長(zhǎng)度的措施后，有效遏制了裂紋的發(fā)生，焊口一次探傷合格率也得到了有效的提升。

3 結(jié)語

15CrMoG鋼盡管焊接性能較好，在施工中一些比較細(xì)微不太因人注意的原因就有可能引發(fā)嚴(yán)重的缺欠，所以要在施工中嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，改進(jìn)施工方法，就能起到減少或避免如裂紋等嚴(yán)重缺欠的產(chǎn)生，保持較好的焊接質(zhì)量，提高施工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 邢琪.15CrMo小徑管焊接裂紋分析.2007年華東會(huì)議論文集.安徽省機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接專委會(huì).

[2] 楊炳彥.火電建設(shè)焊接技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1994.