寧 曄

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院常州分院，江蘇 常州 213000）

熔鹽爐盤管斷裂原因分析及改進

寧 曄

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院常州分院，江蘇 常州 213000）

某企業(yè)一臺RYL-6400（550）MA型熔鹽爐在輻射段盤管卷制過程中，在焊縫處兩次發(fā)生斷裂。本文對斷裂原因進行了分析。

熔鹽爐盤斷裂；原因；改進意見

1 基本情況

該熔鹽爐輻射段盤管采用φ88.9×4的12Cr1MoVG，盤管直徑為φ2570，盤管速率控制在3000mm/min左右。2014年3月25日開始焊接并盤管，3月27日發(fā)生一處焊縫斷裂，當時車間未向質檢部門匯報，割去斷口并重新焊接后繼續(xù)卷制，3月28日再次發(fā)生焊縫斷裂。

2 斷口檢查情況

2.1 3月27日斷口

（1）全管斷裂。

（2）管子靠近彎管機上輥一側（內側）有80mm斷口，位于母材區(qū)，呈三角形。厚度方向斷口呈斜面，表面平整，有斜向晶粒滑移線。呈壓縮剪切破壞特征（如圖1）。

（3）其余斷口位于外側，沿焊縫中心線斷裂，斷口平，表面晶粒突出，無明顯延伸及收縮，呈脆性斷裂特征。根部有嚴重未焊透，長95mm，寬1.5～2.5mm，最寬處位于管子最外側。

2.2 3月28日斷口

（1）全管斷裂。

圖1

（2）管子靠近彎管機上輥一側（內側）有82mm斷口，位于母材區(qū)，呈三角形。厚度方向斷口呈斜面，表面平整，有斜向晶粒滑移線。呈壓縮剪切破壞特征。

（3）有113mm斷口位于外側，沿焊縫中心線斷裂，斷口平，表面晶粒突出，無明顯延伸及收縮，呈脆性斷裂特征。根部有嚴重未焊透，長123mm，呈月牙形，最寬處達3.0mm，且位于管子最外側。

（4）其余斷口斷裂位置位于母材區(qū)，有明顯延伸及收縮，呈拉伸延性斷裂特征（如圖2）。

圖2

3 斷裂原因分析

由于是全管斷裂，確定斷裂開始的部位對分析斷裂原因很重要。據(jù)調查，發(fā)生在二次斷裂時，焊縫剛進入彎管機上輥，此時主要的受力情況為：外側受軸向拉應力，內側受軸向壓應力。由于管子在盤制時，應力加載速度并不大，根據(jù)12Cr1MoVG的材料特性，此時軸向壓應力不會導致管子斷裂，最多會引起失穩(wěn)變形。所以首先發(fā)生斷裂的部位應在焊縫外側受軸向拉應力的區(qū)域。

對所用材料及焊材進行了復查，符合標準要求。12Cr1MoVG為寶鋼生產，入庫編號為22G3-8，σs=440/460MPa、σb=560/585MPa、δ=27.0%/26.0%，工廠復驗值為σb=537MPa、δ＝26.0%。據(jù)此可以確定：盤管時為了達到彎制的目的，管子外側軸向拉應力應大于σs，且盤制速度愈快，應力愈大，估計在440～540MPa范圍內。

焊接采用φ1.6的TIG-R31焊絲（相當于國標ER55B2MnV），上海電力修造總廠有限公司出品，符合企業(yè)標準Q/FAAX.31-2000,焊前預熱,焊后緩冷。原質保書中熔敷金屬拉伸試驗：σs=510MPa、σb=640MPa、δ=27.0%。（Q/FAAX.31-2000標準要求：σs≥440MPa、σb≥540MPa、δ≥17.0%），相對于母材為高匹配（工廠焊接工藝評定合格，拉伸試樣斷裂于母材）。

管子首先沿焊縫中心斷裂，而不是在強度較低的母材區(qū)及熱影響區(qū)，是由于在焊縫中心存在有深、長的未焊透，且位于受力最大的管子外側，焊縫截面積大大減小，致使焊縫所實際承受的拉應力大大超過了鋼管（根據(jù)實際焊縫截面積估算，焊縫中心實際承受的拉應力為650～800MPa）。再加上未焊透所引起的應力集中，最終導致焊縫斷裂。（從斷口情況來看，有未焊透的部位，斷口與未焊透平齊，而不存在未焊透的部位，斷口在母材或偏離中心線，也可以印證這一觀點）。

4 結語

由于管子外側焊縫存在有嚴重的未焊透，減少了焊縫截面積，并產生應力集中，在彎管時產生了較大的拉應力作用下發(fā)生斷裂。由于斷裂是在瞬間發(fā)生，管子內側除了承受彎管所產生的應力外（軸向壓應力+周向壓應力+縱向剪力），在瞬間還承受了極大的沖擊動載荷，最終在變形較小的情況下發(fā)生了壓縮剪切斷裂。

5 改進意見

（1）分析上述未焊透產生的原因，焊縫破口間隙過小（局部甚至無間隙）是產生未焊透的主要原因，并不排除焊接參數(shù)不當及運條方式不當?shù)囊蛩亍９S應進一步加強工藝紀律，質檢人員應加強巡回檢查，著重注意坡口間隙、焊接參數(shù)的控制。射線抽查探傷部位要有代表性，能真正起到監(jiān)督焊接質量的作用。

（2）12Cr1MoV焊接難度較大，工廠積累的經驗也不多。工廠應加強對焊工的培訓教育，根據(jù)12Cr1MoV的特點、有針對性地對焊工進行培訓，并組織焊工考核，選派其中優(yōu)秀的焊工進行產品施焊。進一步完善工藝焊接（從斷口上可知，焊縫的脆性較大），不要滿足于一次工藝評定，應多試驗，多積累經驗、數(shù)據(jù)。

（3）嚴重的未焊透發(fā)生于管子外側，有其偶然性也有其必然性。由于工廠管子彎制工藝及場地所限，甚至某些焊工為圖方便，許多焊縫焊接使采用了水平固定的焊接位置（全位置焊），而管制外側焊縫處于難度較大的立焊或仰焊位置，較易發(fā)生缺陷。工廠應教育焊工，焊接時盡量采用水平轉動焊，對只能采用水平固定焊的焊縫，應增加射線探傷的抽查數(shù)量。

（4）由于熔鹽爐運行條件較為苛刻，而12Cr1MoVG殘余應力較大，盤管速度應適當降低，不要簡單引用20號鋼管盤管速度。為了確保質量，應對已完成的焊縫增加射線探傷的抽查數(shù)量。

（5）實際所用12Cr1MoVG批號的屈強比較高（n=440/560=0.78，GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》規(guī)定：σs≥255MPa、σb＝470～640MPa），應盡量選購σs適中、屈強比較低的批號。

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1671-0711（2017）04（下）-0028-02