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瀏覽:- 發布日期:2022-09-01 13:14:35【

摘 要:某大型電站鍋爐屏式過熱器 TP347HFG/12Cr1MoVG 異種鋼鎢極氣體保護全氬弧焊 接接頭服役1.5×10 4h后頻繁發生開裂泄漏。利用宏觀觀察、金相檢驗、掃描電鏡分析及力學性能 測試等方法對該過熱器 TP347HFG/12Cr1MoVG 異種鋼接頭進行開裂原因分析。結果表明:異種 鋼接 頭 焊 接 工 藝 不 當,導 致 了 12Cr1MoVG 側 熔 合 線 鎳 基 填 充 金 屬 與 母 材 未 有 效 熔 合,使 TP347HFG/12Cr1MoVG 異種鋼接頭發生早期開裂失效。 

關鍵詞:屏式過熱器;異種鋼焊接接頭;開裂;泄漏;焊接工藝;熔合不良;應力集中

中圖分類號:TG115.2                                            文獻標志碼:B                                            文章編號:1001-4012(2022)05-0044-04 


為了保證大型電站鍋爐的功能性和經濟性,其 受熱面的設計大量使用了異種鋼焊接接頭,其中不 乏低合金珠光體鋼與高鉻-鎳奧氏體不銹鋼的異種 鋼焊接接頭。該類型焊接接頭在實際生產中頻繁發 生泄漏事故,給電站鍋爐的安全穩定運行帶來了很 大的隱患[1-3]。 

某2059t電站鍋爐屏式過熱器夾屏管設計使 用了 TP347HFG/12Cr1MoVG 異種鋼焊接接頭,該 批次焊接接頭運行1.5×10 4h后陸續發生了多次接 頭開裂引發的泄漏失效事故。

筆者 對 屏 式 過 熱 器 TP347HFG/12Cr1MoVG 異種鋼焊接接頭的早期開裂失效原因進行了研究, 以防同類型異種鋼接頭再次發生開裂失效事故。

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察

對泄漏的屏式過熱器管段進行宏觀觀察。屏 式過熱器泄漏管段為12Cr1MoVG 與 TP347HFG 異種鋼過渡部位,鋼管規格為54mm×8.0mm(外 徑×壁厚);上部材料為12Cr1MoVG 鋼,下部材料 為 TP347HFG 鋼,采 用 ERNiCr-3 焊 絲 鎢 極 氣 體 保護全氬弧焊(TIG)焊 接。泄 漏 管 段 上 共 有 4 處 泄漏 點,均 集 中 于 12Cr1MoVG 與 TP347HFG 異 種鋼 接 頭 附 近。 其 中,漏 點 1 沿 異 種 鋼 接 頭 的 12Cr1MoVG 側熔合線周向分布,長度約為周長的 3/5,漏點兩 側 材 料 均 未 見 明 顯 的 塑 性 變 形,呈 脆 性 開 裂 形 貌。 漏 點 2,3,4 則 分 布 于 焊 縫 兩 側 15mm 范圍內,漏點 1 呈 現 較 為 明 顯 的 初 始 漏 點 形貌(見圖1)。 

將漏點1開裂部位縱向剖開,縱向截面宏觀形 貌如圖2所示,從圖2a)可以看出,12Cr1MoVG 鋼 管與焊縫完全沿熔合線斷開,斷口兩側金屬沒有互 相黏連現象,在兩側斷口上可以清晰地觀察到金屬 熔滴狀形貌,斷口表面存在明顯的氧化皮。此外,焊 縫根部存在嚴重的焊瘤,特別是12Cr1MoVG 側,形 成了明顯的、非圓滑過渡的變截面結構。從圖2b) 所示接頭縱向截面的宏觀形貌來看,開裂完全沿接 頭的12Cr1MoVG 側熔合線分布,即焊縫與母材沿 熔合線完全剝離,互相沒有明顯的黏連撕扯形貌。 接頭兩側 母 材 壁 厚 不 一 致,TP347HFG 側 管 材 比 12Cr1MoVG 側管材厚約2mm;同時,由于對口間 隙過大且打底層熔池過寬,焊縫根部形成較嚴重的 焊瘤,因此在壁厚較薄的12Cr1MoVG 側熔合線根 部形成了明顯的尖角狀變截面結構。

1.2 化學成分分析 

對 泄 漏 屏 式 過 熱 器 的 12Cr1MoVG 鋼 管、 TP347HFG 鋼管及焊縫填充金屬分別取樣進行化 學成分分析,結果分別如表1,2,3所示??梢钥闯? 12Cr1MoVG 鋼 管、TP347HFG 鋼 管 及 焊 縫 ERNiCr-3填充 焊 絲 合 金 的 主 要 化 學 成 分 均 符 合 GB/T5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》和 GB/T 15620—2008《鎳及鎳合金焊絲》的技術要求。

1.3 金相檢驗 

對屏式過熱器開裂的異種鋼接頭縱向解剖取 樣,并進行金相檢驗。其顯微組織形貌表明,焊縫的 氬弧焊打底層和蓋面層均為粗大的柱狀晶結構的奧 氏體+高溫δ 鐵素體(見圖3)。

12Cr1MoVG 側管材的顯微組織為等軸狀均勻 分布的珠光體+鐵素體,晶粒度為8~9級,未見明 顯球化。12Cr1MoVG 母材與焊縫沿熔合線完全撕 裂,且在母材近熔合線處形成了較為明顯的黑色條 帶區域。TP347HFG 母材的顯微組織為等軸狀均勻分布的細晶奧氏體,晶粒度為8~9級,未見明顯 老化;熱影響區的顯微組織為粗大的奧氏體,晶粒度為2級(見圖4)。