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本文介紹了1000MW火電機(jī)組水冷壁T23/12Cr1MoV焊接裂紋的產(chǎn)生狀況，確定裂紋性質(zhì)為再熱裂紋。分析了再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，從溫度場均勻性、組裝應(yīng)力、焊縫成形、伸縮自由度等幾個(gè)方面分析了再熱裂紋產(chǎn)生的原因，并采取降低溫度差、減小應(yīng)力集中、提高焊縫的外觀工藝、采用較小的焊接線能量、增加預(yù)熱和后熱工藝等措施避免了再熱裂紋的產(chǎn)生。 

材料是阻礙火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)提高的最大的瓶頸。為了適應(yīng)發(fā)電機(jī)組向超臨界/超超臨界的發(fā)展，提高材料的高溫性能，近30年來，美、日、歐等發(fā)達(dá)國家在開發(fā)電站新材料方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。其中，T23鋼是日本住友公司在借鑒我國自行研制的多元低合金耐熱鋼102鋼（即GB5310-2008中的12Cr2MoWVTiB鋼）的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型耐熱鋼種，其600℃時(shí)的強(qiáng)度與102鋼相當(dāng)，但焊接性能優(yōu)于102鋼。12Cr1MoV鋼是目前國產(chǎn)高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組的主要用鋼鋼種之一，廣泛用于鍋爐的過熱器管和再熱器管，焊接性能良好。12Cr1MoV和T23同屬于以Cr-Mo為基礎(chǔ)的低、中合金珠光體耐熱鋼。雖有資料表明兩者都有再熱裂紋傾向，但由于人們對其重視，近年來火電施工罕有這兩種鋼材發(fā)生再熱裂紋的現(xiàn)象。對于兩種鋼材焊接的研究資料并不多見，本文針對某1000MW火電機(jī)組塔式爐水冷壁施工中發(fā)生的T23/12Cr1MoV焊接裂紋進(jìn)行了分析。

1現(xiàn)狀調(diào)查

TIG-R31是常用焊接材料，多年來未發(fā)現(xiàn)過裂紋。謹(jǐn)慎起見，施工單位委托鄭州機(jī)械研究所做化學(xué)成分分析，結(jié)果見附表。

焊絲化學(xué)成分符合規(guī)程要求，原因分析排除了焊接材料的因素。

2原因分析

生產(chǎn)實(shí)踐證明，珠光體耐熱鋼焊后進(jìn)行熱處理是不可缺少的重要工序。多數(shù)珠光體耐熱鋼在焊后并未出現(xiàn)裂紋，而是在焊后熱處理過程中產(chǎn)生了裂紋，即焊接再熱裂紋。

從60年代開始，國外相繼報(bào)道了因再熱裂紋而發(fā)生的多起事故，促使各國對再熱裂紋開展了大量的試驗(yàn)研究。70年代初，國內(nèi)也報(bào)道了因再熱裂紋而導(dǎo)致產(chǎn)品失效的事故。隨著珠光體耐熱鋼應(yīng)用于壓力容器和高溫高壓管道，關(guān)于再熱裂紋的報(bào)道也時(shí)有所聞。

本文中所提及的T23/12Cr1MoV裂紋具備再熱裂紋的明顯特征：1）在珠光體耐熱鋼消除應(yīng)力熱處理過程中產(chǎn)生；2）產(chǎn)生的部位均在焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)，裂紋沿熔合線方向在奧氏體粗晶晶界發(fā)展；3）出現(xiàn)在應(yīng)力集中部位。

要分析裂紋產(chǎn)生的原因，必須先要了解再熱裂紋的影響因素。

2.1再熱裂紋影響因素

2.1.1焊縫成形

由于焊縫成形影響應(yīng)力集中的大小，再熱裂紋易產(chǎn)生于應(yīng)力集中的熱影響區(qū)粗晶區(qū)，因而也影響再熱裂紋的產(chǎn)生。焊縫與母材過渡不圓滑，焊縫余高過高或存在咬肉、未熔合、未焊透等缺陷，在焊后再熱過程中均能誘發(fā)再熱裂紋。因此焊接過程中應(yīng)盡可能的控制焊縫成形，對成形不理想或存在缺陷的部位進(jìn)行修補(bǔ)，以達(dá)到降低焊接應(yīng)力的作用，從而控制再熱裂紋的產(chǎn)生。

2.1.2組裝應(yīng)力

組裝時(shí)采用強(qiáng)力組對等，都會使得焊縫處存在大的組裝應(yīng)力。焊后再熱過程中，容易引發(fā)再熱裂紋，因此組裝珠光體耐熱鋼時(shí)要避免強(qiáng)力組裝，以減少組裝應(yīng)力。

2.1.3預(yù)熱

為防止再熱裂紋的產(chǎn)生，焊前預(yù)熱是十分有效的。預(yù)熱可以降低焊接應(yīng)力，珠光體耐熱鋼焊前按要求進(jìn)行預(yù)熱，在很大程度上可以防止再熱裂紋的產(chǎn)生。

2.1.4焊后后熱

實(shí)驗(yàn)證明，珠光體耐熱鋼焊后進(jìn)行350℃的后熱處理，可以有效地消除焊縫中的擴(kuò)散氫，從而減少焊縫中殘存的空穴，有利于防止再熱裂紋的產(chǎn)生。

2.1.5焊接線能量

大的焊接線能量會使過熱區(qū)的晶粒更加粗大，晶界結(jié)合力更加脆弱，從而增加了再熱裂紋產(chǎn)生的傾向。

2.2焊縫再熱裂紋產(chǎn)生原因

2.2.1管屏上下受熱嚴(yán)重不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力。經(jīng)調(diào)查由于三通處形狀不規(guī)則，包覆加熱器時(shí)無法對稱布置，熱處理工在管排上部布置20kW加熱器，下部布置10kW加熱器，這樣必然導(dǎo)致管排受熱不均勻，使加熱和冷卻過程中產(chǎn)生附加熱應(yīng)力。據(jù)施工人員反應(yīng)，熱處理過程中管屏焊縫附近明顯上撓約有10cm的高度，可見熱應(yīng)力之巨，但施工人員并沒有考慮到布置相應(yīng)的熱電偶去測量不同地方的溫度差異。

2.2.2為便于對口，施工人員對焊縫一側(cè)的管排進(jìn)行了抽條，而焊縫另一側(cè)的管排沒有進(jìn)行抽條，也就導(dǎo)致了焊縫兩側(cè)剛性不同，加之三通的形狀不規(guī)則，使得焊縫成為應(yīng)力集中區(qū)域，加熱過程中承受巨大的熱應(yīng)力。

2.2.3每片管屏有焊口22道，但熱處理時(shí)由于加熱片長度不夠，每爐只熱處理17道焊口，未熱處理位置的管子對正在熱處理的管子伸縮起到了阻礙作用，使得被處理的焊縫及管子在加熱時(shí)不能自由伸長，降溫時(shí)不能自由收縮，加大了焊縫處的應(yīng)力集中。

2.2.4地面組合時(shí)為保證組件尺寸，對口前對管屏進(jìn)行了定位焊，熱處理時(shí)定位焊點(diǎn)并未去除，導(dǎo)致熱處理過程中管排不能自由伸縮，加大了焊縫承受的熱應(yīng)力。

2.2.5焊接電流過大，個(gè)別焊縫成形不好，有咬邊、過渡不良等缺陷存在。

3糾正措施

原因分析清楚，針對原因采取相應(yīng)措施。

3.1盡量保證焊縫受熱均勻。改變原來的熱處理工藝，管排上下各布置相同功率數(shù)的加熱器，保證上、下兩面的功率輸入相同（遺憾的是，施工人員并沒有布置相應(yīng)數(shù)量的熱電偶進(jìn)行上下溫度差比對）。

3.2熱處理前去除影響管子收縮的定位焊點(diǎn)，降低拘束度，讓管子在受熱過程中自由伸縮。

3.3每一組管屏焊完后22道焊口同時(shí)處理，讓所有管子同時(shí)伸縮。

3.4焊縫兩側(cè)同時(shí)抽條，抽條長度一致，盡量減小焊縫處的應(yīng)力集中。

3.5采用小電流焊接，降低焊接線能量。同時(shí)加強(qiáng)外觀檢驗(yàn)，消除咬邊、過渡不良等缺陷。

3.6為降低焊接應(yīng)力，預(yù)熱150℃后進(jìn)行施焊。

3.7焊后進(jìn)行350℃恒溫1小時(shí)后熱處理，除確保氫逸出外，還可有效地降低焊后冷卻速度，降低接頭的殘余應(yīng)力。

采取以上措施后，管排焊縫熱處理后未再出現(xiàn)裂紋，取得了良好的控制效果。

4 結(jié)束語

4.1 本文中水冷壁焊縫出現(xiàn)的裂紋屬再熱裂紋。

4.2 消除外觀缺陷、采用小的線能量、降低應(yīng)力，可以有效減少裂紋率。

4.3 受熱不均勻?qū)е碌臒釕?yīng)力是再熱裂紋產(chǎn)生的主要原因。

4.4 降低拘束度有助于降低再熱裂紋產(chǎn)生的概率。