15CrMoG螺旋水冷壁冷裂紋產生原因分析及解決方案

楊志鵬 孫艷平

摘 要：針對我公司施工的15CrMoG螺旋水冷壁管焊接裂紋產生的原因進行分析，確定裂紋產生的原因，改進對施工方案，減少焊接缺欠的產生。

關鍵詞：15CrMoG 焊接 冷裂紋 應力

中圖分類號：TK223.31 文獻標識碼：A 文章編號：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，多次出現了裂紋缺欠，確認為冷裂紋后，通過對施工個環節的仔細觀察與認真分析后，確定了主要原因是施工過程中存在拉應力，在明確應力產生原因后采取有針對性地措施，改進對施工方案，減少焊接缺欠的產生，提高焊口一次合格率，對提高施工生產的經濟效益、安全效益和社會效益都有意義。

1 施工情況

我公司承建的新疆阿拉爾盛源熱電2×350 MW機組工程中鍋爐為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，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。螺旋水冷壁規格為Ф32×5.5，材質為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形成對裂紋敏感的顯微組織，在擴散氫和拘束應力的共同作用下，容易產生冷裂紋缺欠。

在螺旋段水冷壁管屏焊接后探傷檢驗，發現部分焊口出現裂紋缺欠。初始認為是個別焊工操作不當，焊接工藝執行不嚴格造成的原因。要求該焊工認真執行焊接工藝，注意焊接起弧收弧處收弧處理，加強打底焊道焊后檢查。然而隨后又有裂紋缺欠的產生，而且也不集中在一個焊工身上，但是裂紋所處位置相近。

2 裂紋產生原因分析

察看探傷底片（見圖1），裂紋位于12點位置附近，即焊接過程的起弧收弧的位置，屬于應力集中位置。用磨光機打磨缺欠位置（見圖2），確認屬于根部橫向裂紋，裂紋無分支?？梢悦鞔_斷定為冷裂紋。

冷裂紋產生的原因主要有3個方面的原因：

①焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化。

②擴散氫含量較高，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力參考相關資料，對施工中的人、機、料、法、環等環節逐一進行檢查，查找原因。

（1）焊工為持證合格焊工，有過多臺機組管道焊接的施工經驗；

（2）機械、工器具性能良好；

（3）焊絲為焊材選用上海電力修造廠生產的TIG-R30 Ф2.5焊絲，符合GB/T 8110-2008的標準，氬氣在當地采購，瓶裝形式供貨，符合GB/T4842-2006的

標準；

（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效率等因素后，采取GTAW焊接方法，公司擁有相關管道的焊接工藝評定。GTAW的焊接氣氛具有超低氫的特點，有利于防止氫致裂紋的產生。在焊接過程中焊接參數為：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格執行該焊接工藝參數?？梢越档驮诤缚p熱影響區產生過熱組織，晶粒粗大降低焊接接頭的抗裂性能的可

能性。

（5）施工時間為夏季，本地夏季日照強烈，日照下管子溫度能達到40 ℃以上，焊前可無需進行預熱，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，可以將冷裂紋產生的①②兩項原因排除在外，基本可以確定為應力所致。

在對從對口到焊縫清理的整個施工過程進行仔細觀察，發現水冷壁在對口過程中存在使用撬棍或楔子等工具進行對口調整，如圖3所示：

圖1

圖2

圖3

而且發現我們在作業指導書中要求的定位焊縫的長度一般為10 mm左右，厚度為2～3 mm，對稱分布在焊口兩側的要求不能適應此種對口方式，面對在對口過程中外界施加的外力，定位焊縫強度太低，容易產生晶間開裂或裂紋，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，就成為裂紋的發展源，這應是裂紋出現在此位置的重要原因。因此重新要求焊工在點口過程中定位焊縫長度要達到1/4焊縫長度，以增強定位焊縫的強度，抵御對口過程中外界所施加的應力，前后兩種定位焊縫形式見圖4。

在采取減少強力對口，增長定位焊縫長度的措施后，有效遏制了裂紋的發生，焊口一次探傷合格率也得到了有效的提升。

3 結語

15CrMoG鋼盡管焊接性能較好，在施工中一些比較細微不太因人注意的原因就有可能引發嚴重的缺欠，所以要在施工中嚴格執行焊接工藝，改進施工方法，就能起到減少或避免如裂紋等嚴重缺欠的產生，保持較好的焊接質量，提高施工生產的經濟效益、安全效益和社會效益。

參考文獻

[1] 邢琪.15CrMo小徑管焊接裂紋分析.2007年華東會議論文集.安徽省機械工程學會焊接專委會.

[2] 楊炳彥.火電建設焊接技術[M].北京：中國電力出版社，1994.