摘 要:某12Cr1MoVG 鋼鍋爐高壓蒸汽管道對(duì)接接頭的焊縫和熱影響區(qū)出現(xiàn)多處裂紋。采用 宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、硬度測(cè)試、金相檢驗(yàn)及掃描電鏡分析等方法,對(duì)開(kāi)裂的原 因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:在焊絲材料不合格、焊接工藝參數(shù)控制不當(dāng)、管道長(zhǎng)期處于再熱裂紋敏 感溫度區(qū)間工作和熱應(yīng)力等因素的綜合作用下,對(duì)接接頭發(fā)生了開(kāi)裂。

關(guān)鍵詞:主蒸汽管;對(duì)接接頭;再熱裂紋;焊接工藝

中圖分類號(hào):TG457.11;TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2022)07-0035-03

某公司1號(hào)鍋爐汽機(jī)側(cè)管道在全面檢驗(yàn)期間, 超聲檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)其中主蒸汽管道的多條對(duì)接焊縫中 存在橫向裂紋,嚴(yán)重影響了鍋爐的安全運(yùn)行。該管 道服役年限為12a,材料為12Cr1MoVG 鋼,規(guī)格為 273 mm ×20 mm (外 徑 × 壁 厚 ),工 作 壓 力 為 9.8MPa,運(yùn)行溫度為 540 ℃。焊接方法采用鎢極 氬弧焊 打 底,手 工 電 弧 焊 填 充 和 蓋 面。打 底 使 用 TIG-G31焊絲,填充和蓋面使用 R317焊條。焊接 預(yù)熱溫度為200~300 ℃,焊后熱處理溫度為720~ 760℃。為查明該管道焊縫中裂紋產(chǎn)生的原因,筆 者對(duì)其進(jìn)行了理化檢驗(yàn)及分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

主蒸汽管道裂紋處宏觀形貌如圖1所示,由圖 1可以看出:整個(gè)壁厚方向上均有裂紋產(chǎn)生。將焊 縫余高打磨平整后,發(fā)現(xiàn)裂紋分布于熱影響區(qū)和焊 縫中,且不連續(xù)。

1.2 化學(xué)成分分析

采用 ARL4460 型 直 讀 光 譜 儀 分 別 對(duì) 根 層 焊 縫、焊縫表面和兩側(cè)母材進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如 表1所示。由表1可知:根層焊縫中的 Si,Mn元素 含量低于 DL/T869—2012 《火力發(fā)電廠焊接技術(shù) 規(guī) 程 》的 要 求,焊 縫 表 面 的 化 學(xué) 成 分 符 合 DL/T869—2012 的 要 求,母 材 的 化 學(xué) 成 分 符 合 GB/T5310—2008 《高 壓 鍋 爐 用 無(wú) 縫 鋼 管》中 對(duì) 12Cr1MoVG 鋼的要求。

1.3 力學(xué)性能測(cè)試

分別在母材和對(duì)接接頭處取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè) 試,結(jié)果表明母材和對(duì)接接頭的力學(xué)性能分別符合 GB/T5310—2008和 DL/T869—2012的要求(見(jiàn) 表2)。

1.4 硬度測(cè)試

對(duì)焊縫處、熱影響區(qū)及母材進(jìn)行維氏硬度測(cè)試, 結(jié)果 如 表 3 所 示。 由 表 3 可 知:母 材 硬 度 高 于 GB/T5310-2008的要求,焊縫、熱影響區(qū)的硬度 符合 DL/T869-2012的要求。

1.5 金相檢驗(yàn)

對(duì)焊縫處進(jìn)行金相檢驗(yàn),焊縫處的顯微組織為 貝氏體+網(wǎng)狀鐵素體,未見(jiàn)明顯老化(見(jiàn)圖2)。裂 紋起始于粗晶區(qū),終止于細(xì)晶區(qū),沿晶開(kāi)裂,部分裂 紋沿鐵素體與貝氏體的界面擴(kuò)展,裂紋內(nèi)部形成了 氧化層(見(jiàn)圖3)。

1.6 掃描電鏡分析

對(duì)裂紋處進(jìn)行掃描電鏡(SEM)分析,可見(jiàn)裂紋 尖端有連續(xù)密集的孔洞分布在晶界上,孔洞進(jìn)一步 發(fā)展成了沿晶的微裂紋(見(jiàn)圖4)。

2 綜合分析

上述理化檢驗(yàn)結(jié)果表明:母材和對(duì)接接頭的力學(xué) 性能、硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求;根層焊縫中的 Mn,Si元素 含量低于標(biāo)準(zhǔn) DL/869—2012的要求,焊絲材料不合 格。再熱裂紋敏感性評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)公式[1]如式(1)所示。

式中:ΔG 為再熱裂紋敏感指數(shù);wCr 為 Cr元素質(zhì)量 分?jǐn)?shù);wMo 為 Mo元素質(zhì)量分?jǐn)?shù);wV 為 V 元素質(zhì)量 分?jǐn)?shù)。

根據(jù)式(1)計(jì)算得,根層焊縫的 ΔG=2.53,焊縫 表面的 ΔG=2.41,均大于0,說(shuō)明該焊縫容易產(chǎn)生 再熱裂紋。

由于焊接工藝參數(shù)控制不當(dāng),焊縫的顯微組織 較差,產(chǎn)生了網(wǎng)狀鐵素體,割裂了組織間的聯(lián)系,降 低了整體的塑性和韌性。SEM 分析結(jié)果表明:晶界 上產(chǎn)生了孔洞,孔洞相互串聯(lián)形成微裂紋,微裂紋逐 漸長(zhǎng)大、擴(kuò)展、相互連接,最終形成宏觀裂紋。該管 在焊接過(guò)程及服役期間,焊縫表面形成粗晶區(qū),強(qiáng)度 和塑性降低,加上網(wǎng)狀鐵素體導(dǎo)致的晶界弱化,在晶界上容易產(chǎn)生孔洞,且粗晶區(qū)通常會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中, 形成裂紋源。萌生裂紋由粗晶區(qū)向細(xì)晶區(qū)沿晶擴(kuò) 展,在細(xì)晶區(qū)終止,整體符合再熱裂紋的特征。

12Cr1MoVG 鋼存在一定的再熱裂紋傾向,尤 其在500~700℃最為敏感,而管道的運(yùn)行溫度正處 于該區(qū)間 內(nèi),從 而 使 得 其 發(fā) 生 再 熱 裂 紋 的 傾 向 加 大[2-3],晶粒粗化也會(huì)加大再熱裂紋的產(chǎn)生[4]。

3 結(jié)論

由于主蒸汽管道焊接材料中含有促使形成再熱 裂紋的沉淀強(qiáng)化元素,在焊接工藝參數(shù)控制不當(dāng)、長(zhǎng) 期處于再熱裂紋敏感溫度區(qū)間工作和熱應(yīng)力等因素 的綜合作用下,產(chǎn)生了再熱裂紋,最終導(dǎo)致管道開(kāi)裂。

參考文獻(xiàn):

[1] 周振豐,張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1988.

[2] 趙彥芬,張路,張欣原,等.高 溫 主 汽 用 15X1M1Φ 鋼 接頭失效及解決措施[J].中國(guó)電力,2010,43(8):1- 6.

[3] 陳忠兵,趙彥芬,趙 建 倉(cāng),等.厚 壁 12Cr1MoVG 鋼 焊 接接頭裂紋分析及其控制[J].中國(guó)電機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào), 2012,32(35):137-143.

<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>58卷>7期(pp:35-37)>