WB36管道焊接裂紋原因分析及處理

李 強(qiáng)

（廣東省粵電集團(tuán)有限公司沙角A電廠，廣東東莞523900）

0 引言

2017年，靖海電廠1 000 MW機(jī)組再循環(huán)管道改造，管道規(guī)格φ273×35，材質(zhì)為WB36（15NiCuMoNb5），共22道焊縫，焊接熱處理完成后進(jìn)行超聲檢查發(fā)現(xiàn)其中有10道焊縫存在反射波超過(guò)判廢線(xiàn)的缺陷，缺陷長(zhǎng)度幾乎圍繞整個(gè)焊縫，缺陷深度在20～30 mm之間，初步判定缺陷的性質(zhì)為環(huán)向裂紋。通過(guò)環(huán)切焊縫后滲透檢測(cè)結(jié)果顯示為裂紋，如圖1所示，證實(shí)了超聲檢測(cè)的判斷。

圖1 焊縫滲透檢測(cè)顯示裂紋

1 WB36鋼簡(jiǎn)介

WB36鋼（15NiCuMoNb5）是德國(guó)研制的Ni-Cu-Mo型低合金耐熱鋼，由于其優(yōu)異韌性和高溫強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于電站500℃以下的承壓管道。通過(guò)對(duì)其碳當(dāng)量和冷裂紋敏感指數(shù)的計(jì)算可知，WB36具有一定的冷裂傾向，焊接時(shí)需對(duì)其適度預(yù)熱。

2 產(chǎn)生裂紋原因分析

管道焊接出現(xiàn)大面積的裂紋首先應(yīng)審查焊接和熱處理工藝是否恰當(dāng)，表1為焊接和熱處理工藝卡的關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)要求的檢查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有不當(dāng)之處，對(duì)焊條和焊絲的光譜檢查也都符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，所以排除以上情況對(duì)焊縫的影響。

表1 關(guān)鍵焊接和熱處理工藝

焊縫位置分布如圖2所示，出現(xiàn)裂紋的焊縫是B7～B11、A7～A11，可以明顯看出有裂紋的焊縫全部分布于閥門(mén)端。并且通過(guò)硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，有裂紋的焊縫硬度大多不合格，表2為部分缺陷焊縫的硬度值。經(jīng)過(guò)熱處理后硬度嚴(yán)重超標(biāo)，表明熱處理實(shí)際溫度沒(méi)有達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，同理推斷預(yù)熱的溫度也可能沒(méi)有達(dá)到150～200℃。調(diào)查中了解到，在預(yù)熱和熱處理時(shí)，控溫點(diǎn)均設(shè)置在坡口（或焊縫）靠直管一側(cè)。而閥門(mén)側(cè)的直管段較短，受熱面小，加上管壁較厚和向閥體方向的熱傳導(dǎo)，使靠近閥門(mén)端的坡口（或焊縫）的實(shí)際溫度低于控制溫度，因此達(dá)不到預(yù)熱和熱處理的效果，這是焊接出現(xiàn)冷裂紋和熱處理后焊縫硬度過(guò)高的主要原因。

圖2 焊縫位置分布圖

表2 部分裂紋焊縫的硬度

3 改進(jìn)方案

3.1 控溫點(diǎn)位置調(diào)整

由于閥體和閥門(mén)側(cè)直管較短的影響，焊縫靠閥門(mén)側(cè)的溫度比靠直管的溫度低，為保證預(yù)熱和熱處理的溫度達(dá)到設(shè)定值，所以焊縫靠閥門(mén)一側(cè)必須設(shè)置一個(gè)控溫點(diǎn)。同時(shí)在直管段也設(shè)置一個(gè)溫控點(diǎn)，如圖3所示，坡口或焊縫的兩端溫度保持一致。加熱方式為坡口或焊縫兩端各一條陶瓷加熱繩。

圖3 焊縫位置及控溫點(diǎn)

3.2 閥門(mén)輔助加熱

靠閥門(mén)側(cè)的直管由于加熱面積不足，加上閥體的吸熱影響，溫度很難達(dá)到，所以必須對(duì)閥體進(jìn)行輔助加熱，控溫點(diǎn)如圖3所示。加熱采用500 mm×500 mm的陶瓷加熱塊，對(duì)閥體的左右和底部加熱。

3.3 熱處理工藝調(diào)整

增加閥門(mén)的熱處理曲線(xiàn)，如圖4所示，預(yù)熱溫度設(shè)定為200℃，并且閥門(mén)率先升溫0.5 h，以消除閥體吸熱的影響，反而讓坡口閥門(mén)端的升溫更加順暢。由于管壁較厚，為了讓內(nèi)外溫度更加均勻，當(dāng)坡口溫度達(dá)到180℃后，選擇恒溫1 h再進(jìn)行焊接作業(yè)。考慮到焊后熱處理溫度較高，為了減少閥門(mén)吸熱的影響，并綜合考慮到保護(hù)閥門(mén)，選擇閥門(mén)溫度設(shè)定為400℃。

圖4 閥門(mén)及焊縫升降溫曲線(xiàn)

3.4 層間溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控

層間溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致冷裂，過(guò)高又會(huì)降低焊縫強(qiáng)度。利用激光測(cè)溫儀對(duì)焊接時(shí)的層間溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，溫度達(dá)到才能施焊，溫度超過(guò)300℃要等待其冷卻后再焊接。

4 方案實(shí)施及結(jié)果

首先對(duì)其中一個(gè)缺陷焊縫環(huán)切，打磨好坡口，經(jīng)滲透檢測(cè)合格后，通過(guò)嚴(yán)格實(shí)施上述方案，獲得了很好的效果，超聲檢測(cè)、表面磁粉檢測(cè)和硬度檢測(cè)都合格。然后按照此方案對(duì)其他焊縫進(jìn)行處理，均獲得了合格的焊縫，證明裂紋產(chǎn)生原因分析準(zhǔn)確，處理方案設(shè)置得當(dāng)。

5 結(jié)語(yǔ)

WB36的焊接有一定的淬硬傾向，焊接時(shí)對(duì)預(yù)熱溫度和層間溫度要求較為嚴(yán)格，預(yù)熱溫度必須在150℃以上，否則易出現(xiàn)冷裂紋。當(dāng)存在影響層間溫度的因素（如閥門(mén)）時(shí)，要盡量減少其影響。預(yù)熱和熱處理控溫點(diǎn)的布置應(yīng)反映坡口或焊縫的真實(shí)狀態(tài)，層間溫度的控制應(yīng)有測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)控。

[1]王香云，王文先，李結(jié)木.WB36鋼焊接工藝性分析及應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2007（3）：71-73.

[2]火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程：DL/T 819—2010[S].