李為然，虞啟義

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

1 概述

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，為了提高電力系統(tǒng)耐用性、持久性，降低投資，電廠系統(tǒng)采用的鋼材不斷更新?lián)Q代，使用異種鋼焊接不停增多。為此，對(duì)焊接、預(yù)熱和熱處理的施工方法和流程提出了更高的要求。

12Cr1MoV 和中碳鋼35CrMo 焊接在電廠管道焊接中經(jīng)常使用，但在實(shí)際焊接中頻頻出現(xiàn)裂紋，在一些小型電廠施工特別突出，嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度及質(zhì)量，同時(shí)也為電廠蒸汽管道泄漏事故埋下重大隱患。

2 問(wèn)題緣由

某化工廠的自備電廠地處福建沿海，場(chǎng)地為吹砂填海而成，設(shè)計(jì)規(guī)模為3x240t/h 高溫高壓循環(huán)硫化床鍋爐配套2 臺(tái)25MW 背壓式汽輪發(fā)電機(jī)，該自備電廠的供熱蒸汽參數(shù)為 4.30MPa(g)，420℃，管道選用 12Cr1MoV，速關(guān)逆止閥的連接法蘭材質(zhì)為35CrMo。該蒸汽管道為自備電廠向下游供氣的主管道，一旦發(fā)泄漏易，直接影響下游供氣，損失極大。但在管道與法蘭連接處，焊接過(guò)程中或焊后多次發(fā)生焊接裂，具體詳見(jiàn)圖1。

該焊接接頭經(jīng)過(guò)幾次返修后，仍未有效解決。經(jīng)查核連接法蘭35CrMo 及管道材質(zhì)均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為合格產(chǎn)品。

3 問(wèn)題分析

通過(guò)分析另幾個(gè)項(xiàng)目，類(lèi)似管道材質(zhì)及閥門(mén)法蘭的焊接，亦存在失敗的案例，但未找出產(chǎn)生的原因和合適工藝，以徹底消除裂紋。因此，有必要通過(guò)人機(jī)料法環(huán)等各個(gè)條件進(jìn)行排查和分析。

圖1

3.1 人員分析

針對(duì)該化工自備電站的焊接，根據(jù)國(guó)家規(guī)范[1]要求，焊接人員均取得了國(guó)家認(rèn)可的資格證，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)焊接測(cè)試合格后才進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的焊接操作，由此直接焊接此類(lèi)異種鋼的人員資質(zhì)符合要求。

但熱處理操作人員是沒(méi)有取得熱處理證的臨時(shí)工，現(xiàn)場(chǎng)短期培訓(xùn)就上崗操作。但由該人員熱處理的12Cr1MoV+12Cr1MoV 管道焊口硬度卻都是符合要求，因此熱處理人員到底是否為產(chǎn)生裂紋的原因需要進(jìn)一步深入探究。

3.2 設(shè)備分析

表1 12Cr1MoV 化學(xué)成分

表2 35CrMo 化學(xué)成分

表3 焊接參數(shù)

焊接設(shè)備和熱處理設(shè)備均有出廠合格證，經(jīng)測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，消除了設(shè)備產(chǎn)生裂紋的因素。

3.3 材質(zhì)分析

根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的合金鋼管道、管件進(jìn)行了光譜分析復(fù)核，材質(zhì)及力學(xué)性能均為符合要求。具體成分參數(shù)見(jiàn)表1、表2，力學(xué)性能如下：

12Cr1MoV 力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度：≥490MPa

屈服強(qiáng)度：≥245MPa

斷后伸長(zhǎng)率：≥22%

斷面收縮率：≥50%

沖擊功：≥71J

35CrMo 力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度 σb（MPa)：≥985(100）

屈服強(qiáng)度 σs（MPa）：≥835（85）

伸長(zhǎng)率 δ5（%）：≥12

斷面收縮率 ψ（%）：≥45

沖擊功 Akv（J）：≥63

沖擊韌性值 αkv（J/cm2）：≥78（8）

硬度：≤229HB

從以上的材質(zhì)分析和力學(xué)性能上來(lái)看，12Cr1MoV 和35CrMo 的可焊性比較好，可基本確定裂紋問(wèn)題并非材質(zhì)問(wèn)題造成的。從上述相關(guān)的管道、管件質(zhì)量報(bào)告中也能確認(rèn)這兩種鋼材的質(zhì)量是合格，亦可以焊接。

3.4 施工方法分析

蒸汽管道和速關(guān)逆止閥連接法蘭接口規(guī)格為φ273x8，根據(jù)DLT869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》[1]中的要求，焊口兩側(cè)需打磨成V 形坡口。焊接12Cr1MoV和中碳鋼35CrMo 異種鋼時(shí)，選用[2-3]的是焊絲為T(mén)IGR31 及焊條為E5515-B2-V（R317）。焊接時(shí)，采用鎢極氬弧焊打底和手工電弧焊蓋面的方法。

焊接參數(shù)如表3。

但在實(shí)際實(shí)施中，焊接接頭采用最后固定焊接，法蘭與閥體用螺栓先連接固定。因法蘭端部長(zhǎng)度短、坡度大，焊前無(wú)法對(duì)法蘭側(cè)進(jìn)行預(yù)熱，僅對(duì)管道側(cè)進(jìn)行了預(yù)熱。

根據(jù)以上工藝進(jìn)行了四次焊接，前兩次在焊接過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。焊接完畢，等待半天或者一天后，才對(duì)焊口進(jìn)行回火熱處理。待熱處理溫度冷卻后，進(jìn)行射線無(wú)損探傷，發(fā)現(xiàn)底片上有較多裂紋，清晰可見(jiàn)，最長(zhǎng)的可達(dá)150mm；而后兩次焊接，在氬弧焊打底時(shí)就發(fā)生了裂紋，后經(jīng)打磨處理再次焊接，仍然產(chǎn)生裂紋，后多次處理焊接，仍無(wú)法消除。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，初步認(rèn)為產(chǎn)生裂紋的原因如下：

（1）預(yù)熱時(shí)，履帶加熱器綁扎不規(guī)范。

（2）熱處理與焊接完畢之間的時(shí)間間隔太長(zhǎng)。

（3）硅酸鋁針刺毯保溫不規(guī)范。

3.5 環(huán)境分析

該項(xiàng)目臨近海邊，焊接施工過(guò)程中濕度、溫度及風(fēng)速將對(duì)焊接結(jié)果可能影響比較大，為此有必要進(jìn)一步分析。

濕度：經(jīng)分析項(xiàng)目其他地方有該材質(zhì)焊接成功的案例，故可排除了潮濕造成產(chǎn)生裂紋的原因。

溫度：該項(xiàng)目地處福建，施工環(huán)境溫度在5℃以上，并不會(huì)對(duì)此類(lèi)合金鋼焊接產(chǎn)生影響。

風(fēng)速：焊接過(guò)程在廠房?jī)?nèi)焊接，風(fēng)速比較小，消除了風(fēng)速對(duì)焊接接頭產(chǎn)生影響。

因此，通過(guò)上述一系列分析，初步認(rèn)為產(chǎn)生裂紋的原因主要是人員、預(yù)熱和熱處理環(huán)節(jié)：

（1）熱處理人員沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，缺乏的操作經(jīng)驗(yàn)。

表4 焊接參數(shù)表

（2）法蘭側(cè)沒(méi)有進(jìn)行預(yù)熱。

（3）焊接完畢后與熱處理時(shí)間間隔太長(zhǎng)。

4 解決問(wèn)題

根據(jù)上述原因，重新調(diào)整焊接工藝：在平臺(tái)上組合焊接，先采用法蘭與管道短節(jié)焊接在一起，然后再與閥門(mén)、管道安裝連接，調(diào)整熟悉焊接操作的焊接人員，并進(jìn)行相關(guān)熱處理設(shè)備。

按DL/T 819-2010《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》中的要求[1]，采用柔性陶瓷電阻加熱，將焊口兩側(cè)的管道和法蘭都綁扎履帶式加熱器，并采用完好的硅酸鋁針刺毯將履帶式加熱器包裹起來(lái)并綁扎牢固。后用硅酸鋁針刺毯將整個(gè)法蘭包裹起來(lái)并綁扎牢固，這有助于保證管道和法蘭的預(yù)熱溫度快速上升。

焊接前控制預(yù)熱溫度為200～300℃，當(dāng)采用鎢極氬弧焊打底時(shí)，按下限溫度降低50℃預(yù)熱，過(guò)程中始終控制溫度在150℃以上（也可在200℃以上）。熱處理操作人員要始終監(jiān)控?zé)崽幚碓O(shè)備參數(shù)，并隨時(shí)與焊接人員保持聯(lián)系，若出現(xiàn)溫度下降至150℃以下，應(yīng)該立即停止焊接。

在預(yù)熱溫度沒(méi)有達(dá)到150℃之前，先對(duì)焊口進(jìn)行點(diǎn)焊固定，發(fā)現(xiàn)所有焊點(diǎn)都產(chǎn)生了裂紋。待預(yù)熱溫度達(dá)到150℃后，把所有的固定焊點(diǎn)清理至沒(méi)有裂紋為止，然后開(kāi)始采用氬弧焊開(kāi)始焊接。施焊過(guò)程中，采用手持式測(cè)溫槍定時(shí)、分區(qū)、多點(diǎn)對(duì)焊口進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)溫時(shí)主要是測(cè)量坡口鈍邊處的溫度，確保達(dá)到150℃上方可焊接。在精確、雙重操控之下，打底層再?zèng)]有出現(xiàn)裂紋。其焊絲采用TIG-R31。具體焊接參數(shù)見(jiàn)表4。

打底結(jié)束后，反復(fù)檢查確認(rèn)沒(méi)有裂紋后，采用氬弧焊填充蓋面。焊接完畢后，再次持手電筒輪流檢查，仍然未發(fā)生裂紋，因此證明此方法可以滿足上述焊接要求。

在確認(rèn)沒(méi)有裂紋后，立即拆除預(yù)熱履帶式加熱器，改換成熱處理履帶式加熱器，并將熱電偶和硅酸鋁針刺毯也綁扎固定牢固。

按規(guī)范要求[1]，管徑/壁厚>15，項(xiàng)目采用柔性陶電阻加熱進(jìn)行熱處理，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)為200mm。焊接熱處理的保溫寬度從焊縫中心算起，每側(cè)比加熱寬度增加了150mm，保溫厚度為60mm?？紤]管道外徑為273mm，采用1 個(gè)熱電偶。

熱處理操作人員確認(rèn)綁扎合格后，立即對(duì)焊口進(jìn)行熱處理。焊接完畢與焊后回火熱處理之間不再有時(shí)間間隔。

熱處理完畢后，經(jīng)射線無(wú)損探傷，確認(rèn)此焊口為一級(jí)合格，無(wú)裂紋，成功效果明顯。

5 總結(jié)

因此，12Cr1MoV 和中碳鋼35CrMo 異種鋼產(chǎn)生裂紋的原因總結(jié)如下：

（1）焊接管理人員對(duì)熱處理未予以重視，缺乏對(duì)熱處理對(duì)焊接接頭的重要性認(rèn)識(shí)。

（2）預(yù)熱時(shí)沒(méi)有對(duì)法蘭側(cè)進(jìn)行預(yù)熱。

（3）焊接接頭放置時(shí)間太長(zhǎng)，沒(méi)有及時(shí)熱處理。即：焊接完畢后，不再等焊口冷卻應(yīng)立即進(jìn)行熱處理。

（4）保溫作用的硅酸鋁針刺毯，沒(méi)有按要求綁扎牢固。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目焊接分析，施工現(xiàn)場(chǎng)要加強(qiáng)對(duì)焊接熱處理重視，需要消除習(xí)慣性的思維邏輯。

常規(guī)鋼焊接接頭按要求進(jìn)行熱處理，基本上不會(huì)產(chǎn)生缺陷的現(xiàn)象，但對(duì)異種鋼焊接時(shí)尤其要提高警惕，特別是與中碳鋼連接的焊接接頭，它對(duì)產(chǎn)生焊接裂紋起到了關(guān)鍵性作用；同時(shí)還需把控焊接方法與施工流程之間的時(shí)間間隔。