黃道懿

摘 要：以某電廠為例，對高溫再熱器管焊縫開裂原因進(jìn)行分析，得知高溫再熱器管焊縫內(nèi)壁存在削薄段，此區(qū)域盡管化學(xué)成分滿足ASME SA-213/SA-213M2008a規(guī)定要求，但是顯微組織老化，內(nèi)壁削薄段在一定條件下回影響工質(zhì)流動，導(dǎo)致局部超溫，管圈熱脹應(yīng)力大，最終出現(xiàn)了開裂。

關(guān)鍵詞：高溫再熱器管；焊縫；開裂原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.038

0 引言

當(dāng)前電力建設(shè)的飛速發(fā)展，大容量機(jī)組被廣泛應(yīng)用，這些機(jī)組鍋爐高溫再熱器管的質(zhì)量問題也成為我們關(guān)注熱點(diǎn)[1]。某電廠鍋爐自2011年3月投產(chǎn)運(yùn)行到2013年5月共出現(xiàn)3此開裂泄露事故，且開裂位置都位于高溫再熱器出口段處的異種鋼焊接處。本文主要以此為例，研究高溫再熱器管焊縫開裂原因，以期讓高溫再熱器管質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

1 基本資料及宏觀檢測

電廠高溫再熱器管的子材料為TP347H、T91、T22三種，規(guī)格為d51×4.3mm，d57×4.3mm這兩種。高溫再熱器T91/TP347H特種鋼焊接處的T91側(cè)出現(xiàn)環(huán)向開裂，位置為距離頂棚50mm處的第一根高溫再熱器管，焊接接頭兩側(cè)的母材規(guī)格是d51×4.3mm。

開裂局部形貌如圖1所示。開裂部位同焊縫中心相距7mm，裂紋周長110mm，焊縫兩側(cè)的管子沒有出現(xiàn)粗脹。焊縫外壁區(qū)域出現(xiàn)吹損，裂紋一側(cè)管外壁有環(huán)向的淺短裂紋。焊縫兩側(cè)管內(nèi)壁存有削薄段，開裂部位正好在此削薄段中。高溫再熱器管裂口附近內(nèi)壁氧化層出現(xiàn)環(huán)狀開裂，斷口側(cè)縱截面中間凹，兩邊凸，另側(cè)相反。斷口邊緣處的壁厚也出現(xiàn)一定減薄。從宏觀上看開裂符合蠕變開裂的特征。

2 化學(xué)成分與金相組織分析

對開裂管樣母材進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。從化驗(yàn)分析中我們得知管樣化學(xué)成分同ASME SA-213/SA-213M2008a規(guī)定的T91鋼成分要求相符合[2]。

將開裂管樣裂縫裂開處及裂紋末端各自加工出一個標(biāo)記為1號、2號的縱向金相試樣，并制作一個對照管樣。金相的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值參照DL/T884-2004標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。通過檢驗(yàn)我們得出結(jié)論：（1）開裂管樣裂縫裂開處及裂紋末端兩個位置都擁有蠕變孔，顯微組織都出現(xiàn)老化； （2）開裂管樣同對照管樣相比較，開裂管樣削薄段下老化程度高于未削薄段； （3）開裂管樣的削薄段內(nèi)壁氧化厚度為0.30mm，未削薄段內(nèi)壁氧化厚度為0.15mm，未開裂段內(nèi)壁氧化厚度為0.10mm，開裂管內(nèi)壁氧化厚度高； （4）開裂管樣削薄段內(nèi)壁氧化層兩層擁有明顯結(jié)構(gòu)特征。

3 拉伸性能及硬度試驗(yàn)

自開裂管及對比管樣上以焊接接頭作為中心各加工2個縱向的拉伸試樣，按照GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)在室溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

ASME SA-213/SA-213M2008a規(guī)定的T91鋼Rm≥585MPa，Rp0.2≥415MPa，A≥20%；而TP347H鋼Rm≥515MPa，Rp0.2≥205MPa，A≥35%[3]；而按照DL/T868-2004標(biāo)準(zhǔn)，異種鋼焊接接頭試樣抗拉強(qiáng)度需≥較低一側(cè)母材抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值下限。從表2 內(nèi)的檢驗(yàn)結(jié)果我們能夠看出，兩個對比管管樣抗拉強(qiáng)度同新標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的焊接接頭要求相符合。按照GB/T4340-1999標(biāo)準(zhǔn)對試樣進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，檢測結(jié)果為：（1）管樣削薄段區(qū)域存在硬度值的一個突降區(qū)，此區(qū)域同管樣蠕變空洞為對應(yīng)關(guān)系。（2）開裂管樣未削薄段區(qū)及對比管樣硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（3）開裂管同對比管相比硬度明顯不足。

4 結(jié)果及分析

通過上面的試驗(yàn)分析，我們可以得出如下的結(jié)果：

（1）試驗(yàn)管樣未削薄段及對照管樣在化學(xué)成分、拉伸強(qiáng)度及硬度上均滿足要求，證明高溫再熱器管原材料焊接質(zhì)量是正常的；

（2）開裂管樣宏觀形貌上分析，管樣近裂口處及裂紋末端擁有大量蠕變空洞，管樣開裂在性質(zhì)上是蠕變開裂。

（3）開裂管樣同對比管樣相比較，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是開裂管樣的削薄段區(qū)域中內(nèi)壁的氧化層厚度大，硬度小，在運(yùn)行中存在大幅度的超溫。

（4）對于焊接接頭來講，在接頭兩側(cè)的內(nèi)壁都存在削薄段，工質(zhì)經(jīng)過削薄段臺階及焊縫根部的凸起臺階的時候，工質(zhì)流場在一定條件上會出現(xiàn)較大改變，削薄段內(nèi)壁冷卻能力減弱，局部溫度提升較快。

（5）開裂管樣T91側(cè)管的端部內(nèi)壁存在0.7mm厚度的削薄段，鋼管強(qiáng)度被大大削弱，同時也讓此區(qū)域成為鋼管在結(jié)構(gòu)上的一塊薄弱區(qū)域。加之內(nèi)壁削薄段加工刀痕粗糙，應(yīng)力集中，此區(qū)域軸向承載力被大大削弱。

（6）高溫再熱器的管屏結(jié)果屬于疊加的雙“U”型結(jié)構(gòu)，各管流量在沒有采用節(jié)流孔調(diào)節(jié)情況下，外圈管的溫度比較高。且雙“U”型結(jié)構(gòu)下管夾對于外圈管子形成較大約束，管子熱脹應(yīng)力大，因此，開裂位置處于“U”型外圈。

5 結(jié)論

綜上所述，高溫再熱器管焊縫出現(xiàn)的環(huán)向開裂是焊接接頭的兩側(cè)管內(nèi)部削薄段結(jié)構(gòu)在一定條件下工質(zhì)流動變化導(dǎo)致局部超溫，管圈受熱脹應(yīng)力作用所出現(xiàn)的蠕變開裂。因削薄段結(jié)構(gòu)對于工質(zhì)流場影響難以判斷，任何變化（如削薄段加工刀痕，焊縫突出形狀及大小等等）都可能造成影響，在焊接過程中一定要精益求精，最大限度避免這種影響，以免再次開裂。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙瑞.淺談鍋爐高溫過熱器聯(lián)箱接管座角焊縫裂紋原因[J].科學(xué)之友，2013（09）：136-137.

[2]唐彬，湯亞杰.1000t/h鍋爐末級再熱器出口集箱管座角焊縫產(chǎn)生裂紋的原因與措施[J].電力與能源，2014（04）：481-482.

[3]石南輝.高溫再熱器SA213—T91鋼小管焊接工藝改進(jìn)[J].金屬加工：熱加工，2014（24）：40-42.