毛敏丹洪雨勝

1.科恩馬特殊過程裝備（常熟）有限公司；2.拜耳技術(shù)工程（上海）有限公司

SA299Gr.B特厚板鍋爐汽包焊接裂紋的處理

毛敏丹1洪雨勝2

1.科恩馬特殊過程裝備（常熟）有限公司；2.拜耳技術(shù)工程（上海）有限公司

SA299Gr.B材料的焊接工藝參數(shù)不合理容易產(chǎn)生裂紋，裂紋的產(chǎn)生與材料的預(yù)熱和后熱有很大關(guān)系，預(yù)熱和后熱溫度與材料和材料的厚度有關(guān)系。

概述

SA299Gr.B鋼為C-Mn-Si鋼，在ASME產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，是目前高參數(shù)、大容量汽包鍋爐和大型壓力容器的理想選材。

150mm以上的SA299Gr.B特厚鋼板以前主要依靠進(jìn)口，目前國內(nèi)舞陽鋼廠已研制開發(fā)成功，其化學(xué)成份完全滿足ASME SA299標(biāo)準(zhǔn)的要求，在ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的鍋爐汽包中應(yīng)用越來越多。

根據(jù)試驗(yàn)，SA299Gr.B特厚板力學(xué)性能比較穩(wěn)定，厚度方向的性能較均勻，高溫短時抗拉強(qiáng)度高，沖擊韌性好，不含有太多的MnS夾雜，層狀撕裂敏感性也不高，缺口效應(yīng)不敏感；材料焊接性能好，但不合理的焊接工藝參數(shù)還是會引起SA299Gr.B特厚板的焊接缺陷。

問題的提出

兩臺鍋爐蒸汽包，參數(shù)如下。

直徑：ID1981設(shè)備兩封頭切線間長度：13000 設(shè)備筒體厚度：152mm。

現(xiàn)場焊接條件及參數(shù)如下：

1）設(shè)備材料：SA299Gr.B，舞陽鋼廠生產(chǎn)，根據(jù)質(zhì)保書和復(fù)驗(yàn)結(jié)果，材料性能完全符合ASME的要求，材料出廠時已按要求進(jìn)行超聲波無損檢測；

2）焊接坡口：采用不對稱的X型坡口，坡口加工區(qū)域進(jìn)行了磁粉檢測，坡口及周圍兩側(cè)50mm以內(nèi)的鐵銹、油污及氧化物焊前已打磨去除；

3）焊前預(yù)熱和后熱處理：焊接前按焊接工藝評定要求預(yù)熱到100℃，用測溫筆確認(rèn)溫度達(dá)到要求后進(jìn)行施焊。焊接后焊縫處保溫，防止溫度下降過快；

4）焊接方法：焊接采用埋弧自動焊， 電流范圍（A）：500～580，電壓范圍（V）：29～32，焊接速度范圍（mm/ min）500～650，線能量（KJ/cm）：22，采用多層多道小電流焊接；

5）焊接材料：低氫型焊材：焊絲EG（OE-SD3 1Ni1/4Mo），焊劑：OP121TT， 焊材、焊劑生產(chǎn)商：OERLIKON（奧林康），焊接前焊接材料按要求進(jìn)行了烘干處理；

6）無損檢測

對焊接接頭采用TOFD進(jìn)行無損檢測. 分45°， 60°，75°三個角度雙面掃查，發(fā)現(xiàn)縱、環(huán)焊縫有裂紋存在。下圖為設(shè)備環(huán)焊縫中裂紋的情況。

裂紋分析

從圖片的裂紋狀態(tài)看：裂紋位于焊縫金屬中部，偏向熱影響區(qū)，宏觀具有脆性斷裂征，是一種無分叉的純斷裂，并呈人字紋的形態(tài)發(fā)展，按呈現(xiàn)特征分析，屬于焊縫的冷裂紋。

裂紋產(chǎn)生原因分析

對于冷裂紋，根據(jù)目前的研究，形成主要有如下因素：

1）對冷裂紋敏感的淬硬組織；

2）一定的含氫量；

3）一定的約束應(yīng)力。

其中前者反映了被焊金屬的固有特性，后兩者取決于工藝因素與結(jié)構(gòu)因素，特別是焊縫中的氫濃度，氫是產(chǎn)生冷裂紋的主要誘因，所以如何改善組織，控制一切氫的來源，降低應(yīng)力水平，是減少冷裂紋的主要防止措施。

預(yù)熱和后熱可以改善焊接接頭組織性能，有利于氫的逸出，是防止焊接冷裂紋的有效措施。

預(yù)熱的作用在于：

1）可降低焊接接頭各區(qū)高溫轉(zhuǎn)變和低溫轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的冷卻速度，從而減少淬硬組織，研究表明：強(qiáng)度級別越高的鋼材，其預(yù)熱溫度也要相應(yīng)提高，板厚越大，提高的幅度也越大。預(yù)熱溫度高、低選擇的目的就是為了使焊接后的冷卻避免焊接過渡區(qū)不變成馬氏體組織，這樣可以減少或避免裂紋；

2）預(yù)熱可擴(kuò)大焊接區(qū)的溫度場，減少焊接區(qū)的溫度梯度，從而達(dá)到降低焊接頭的內(nèi)應(yīng)力，提高接頭的塑性；

3）預(yù)熱可延長焊接區(qū)域在100℃以上溫度的停留時間，從而有利于氫從焊縫金屬中逸出，達(dá)到了提高接頭的抗冷性能。

后熱除具有消氫和減緩應(yīng)力的作用，還可提高熱影響區(qū)的韌性作用。

制定焊接工藝時，正確擬定鋼材的預(yù)熱和后熱溫度是防止冷裂紋產(chǎn)生非常關(guān)鍵的因素。

對于低合金和高強(qiáng)度鋼板，一般預(yù)熱最低溫度如下。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.055