張濟(jì)宇，寧亮亮，徐 斌

(1.建投國(guó)電準(zhǔn)格爾旗新能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.哈爾濱華德學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；3.山東魯能光大鋼結(jié)構(gòu)有限公司 山東 濟(jì)寧 272000)

隨著燃煤發(fā)電廠單機(jī)容量的增大，鍋爐機(jī)組及其重要組成部件的重量和外形尺寸亦隨之增大。大板梁是鍋爐最重要的載荷載體，是鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的核心部件，其焊接質(zhì)量直接影響著火電項(xiàng)目施工進(jìn)程，因此是電廠建設(shè)中十分重視的關(guān)鍵部件。某電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)MB-3疊式板梁分為下梁和上梁，上下梁由疊合面高強(qiáng)螺栓連接(1674套螺栓)，下梁高度2 840 mm，上梁高度為2 840 mm，H 5 680 mm×1 800 mm×46 mm(腹板)×90 mm(翼緣板)，總高為5 680 mm，寬度為1 800 mm，長(zhǎng)度為29 540 mm，總質(zhì)量為165.768 t，安裝后的主要作用是懸掛鍋爐，是重要的受力部件[1]。

1 事件過(guò)程

2021年12月3日，設(shè)備監(jiān)理工程師和質(zhì)監(jiān)人員在對(duì)某電廠2×66 kW機(jī)組項(xiàng)目1#鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁MB-3進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：上梁右側(cè)支座處支撐加筋肋9PK4-5與加筋肋9PK4-6焊接時(shí)，角焊縫(焊縫編號(hào)：F5-9)焊趾處存在1條約300 mm長(zhǎng)的裂紋。該條焊縫是11月29日由焊接作業(yè)人員采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接時(shí)形成的，焊接作業(yè)當(dāng)天的環(huán)境溫度是1～15 ℃，焊前預(yù)熱溫度是82 ℃。12月2日，無(wú)損檢測(cè)人員依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》(NB/T 47013.4—2015)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)[2]。在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該條裂紋后，僅口頭通知鉚工班報(bào)檢人員。由于班組未及時(shí)處理，后將該缺陷遺漏，檢測(cè)人員也未跟蹤缺陷處理情況，所以在缺陷未得到處理的情況下就報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收[3]。檢查見(jiàn)證(驗(yàn)收)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)裂紋后，設(shè)備監(jiān)理單位對(duì)制造廠下發(fā)監(jiān)理工程師通知單。電廠對(duì)該質(zhì)量事件非常重視，派專業(yè)技術(shù)人員于12月8日到制造廠對(duì)整個(gè)事件進(jìn)行調(diào)查。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及事件原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況

2.1.1 裂紋兩側(cè)鋼板及焊接材料情況

支撐加筋肋。零件號(hào)：9PK4-5；鋼材牌號(hào)/級(jí)別：A572Gr50；規(guī)格厚度：δ=90 mm；爐批號(hào)：L21A01064100；未見(jiàn)廠家出具的產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)，制造廠對(duì)原材料進(jìn)行了復(fù)檢，并出具了理化試驗(yàn)報(bào)告和超聲波檢測(cè)報(bào)告；理化試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：2021-27-1；試件編號(hào)：2M3808。經(jīng)查證：鋼材屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、化學(xué)分析(C、Si、Mn、P、S)指標(biāo)均符合ASTM A572/A572M《高強(qiáng)度低合金鈮-釩結(jié)構(gòu)鋼》的相關(guān)要求，但報(bào)告中未體現(xiàn)Nb含量，規(guī)程規(guī)定該牌號(hào)鋼材Nb含量為0.005～0.05；超聲波檢測(cè)報(bào)告編號(hào)：2GBUT21-33；工件編號(hào)：2M3808；結(jié)果評(píng)定：合格。

肋板。零件號(hào)：9PK4-6；鋼材牌號(hào)/級(jí)別：Q355B；規(guī)格厚度：δ=20 mm；爐批號(hào)：21507623；廠家出具了產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)，產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)編號(hào)：201731Z00180；制造廠也對(duì)原材料進(jìn)行了復(fù)檢，并出具了理化試驗(yàn)報(bào)告，理化試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：2021-28-2；試件編號(hào)：2M3905。經(jīng)查證：質(zhì)量證明書(shū)和復(fù)檢報(bào)告結(jié)果顯示鋼材各項(xiàng)指標(biāo)均符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591—2018)相關(guān)要求。

焊絲。首先，裂紋部位采用藥芯焊絲進(jìn)行施焊，焊材選用與母材相匹配，符合要求；型號(hào)：T492T1-1C1A；規(guī)格：1.2 mm；批號(hào)：2017411；質(zhì)量證明書(shū)編號(hào)：QB21110281；入廠復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：2021-54。經(jīng)檢查，質(zhì)量證明書(shū)和復(fù)驗(yàn)報(bào)告化學(xué)成分、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合《非合金鋼及細(xì)晶粒鋼藥芯焊絲》(GB/T 10045—2018)相關(guān)要求。

2.1.2 焊接作業(yè)人員情況

制造廠共有39名焊接作業(yè)人員，其中有3名焊接作業(yè)人員參與了該件板梁的焊接作業(yè)。作業(yè)項(xiàng)目：GTAW-FeⅡ-1G(K)-12-Fefs-11/16。經(jīng)查驗(yàn)其中1名焊接作業(yè)人員焊工證真實(shí)有效，但裂紋焊縫的焊接位置是立角焊(3F)，而該名焊接作業(yè)人員作業(yè)項(xiàng)目與證件不符，據(jù)了解該名焊接作業(yè)人員從事焊接作業(yè)10多年，未間斷立向上焊作業(yè)項(xiàng)目的作業(yè)。其余2人是進(jìn)行的埋弧焊，與裂紋焊縫無(wú)關(guān)，焊接作業(yè)項(xiàng)目中從事工作與其證件相符。

2.1.3 無(wú)損檢測(cè)情況

制造廠共有5名檢測(cè)人員和2名理化檢驗(yàn)人員。制造廠檢測(cè)人員證件齊全，均在有效期內(nèi)。超聲波檢測(cè)設(shè)備2套，標(biāo)準(zhǔn)試塊、各種規(guī)格探頭齊全；磁粉檢測(cè)設(shè)備2套；光譜儀2套；拉伸試驗(yàn)機(jī)1臺(tái)；沖擊試驗(yàn)機(jī)1臺(tái)；化學(xué)分析儀器1套；實(shí)驗(yàn)室儀器、設(shè)備齊全。12月2日，檢測(cè)人員對(duì)MB-3板梁進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該條裂紋，詳見(jiàn)磁粉檢測(cè)記錄，并口頭通知到鉚工班報(bào)檢人，但班組未及時(shí)處理并將該缺陷遺漏，檢測(cè)人員也未跟蹤缺陷處理情況，導(dǎo)致缺陷在未處理的情況下就報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收。

2.1.4 計(jì)量器具情況

經(jīng)檢查，制造廠計(jì)量器具臺(tái)賬、校驗(yàn)報(bào)告、檢測(cè)設(shè)備(附屬儀表)臺(tái)賬齊全，相關(guān)信息錄入齊全，未見(jiàn)超期服役現(xiàn)象，符合要求。

2.1.5 工藝、方案情況

經(jīng)檢查，《作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》《焊接工藝規(guī)程》《鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評(píng)定報(bào)告》《技術(shù)工藝措施通知單》《預(yù)防措施單》(針對(duì)該事件)符合《承重鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)條件》《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB/T 50661—2011)和《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)規(guī)范》(NB/T 47043—2014)相關(guān)條款要求。

2.1.6 工藝執(zhí)行情況

經(jīng)檢查制造廠鋼結(jié)構(gòu)角焊縫焊接過(guò)程控制檢查記錄表，該條焊縫是11月29日由焊接作業(yè)人員謝某采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接時(shí)形成的，當(dāng)天環(huán)境溫度是1～15 ℃，焊前預(yù)熱溫度是82 ℃，焊接電流是210～232 A，焊接電壓是24～26 V，焊接速度是26～30 m/h。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)角焊縫焊接過(guò)程控制檢查記錄表記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題。

1)預(yù)熱溫度82 ℃不符合要求，且未注明預(yù)熱寬度?！冻兄劁摻Y(jié)構(gòu)制造技術(shù)條件》中規(guī)定，當(dāng)δ>65 mm時(shí)，A572Gr50的最低預(yù)熱溫度為110 ℃。《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB 50661—2011)中規(guī)定，當(dāng)t>80 mm時(shí)，Ⅱ類鋼材最低預(yù)熱溫度為100 ℃。制造廠《焊接工藝規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)t>80 mm時(shí)，最低預(yù)熱溫度為100 ℃。所以實(shí)際預(yù)熱溫度與規(guī)程和鍋爐廠制造技術(shù)條件不符。

2)焊接方法：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(FCAW)；焊接位置：3F；記錄的焊接參數(shù)符合焊接工藝評(píng)定要求。

3)根據(jù)記錄和管理人員事后的描述，實(shí)際操作過(guò)程中，焊接順序未嚴(yán)格按照多道焊分層循環(huán)焊接進(jìn)行。

2.1.7 焊材庫(kù)管理

焊材入庫(kù)記錄齊全，焊接材料質(zhì)量證明書(shū)齊全，焊材熔覆金屬試驗(yàn)復(fù)檢合格，焊材庫(kù)除濕、溫度記錄齊全，焊材碼放整齊，有標(biāo)識(shí)，焊材出庫(kù)領(lǐng)用記錄齊全。

2.1.8 裂紋焊縫位置檢查

裂紋焊接位置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹窄，焊接作業(yè)人員操作不便；9PK4-6肋板三面焊結(jié)構(gòu)、焊縫兩側(cè)母材板厚大(δ1=90 mm、δ2=20 mm)，產(chǎn)生裂紋焊縫處結(jié)構(gòu)拘束度大，應(yīng)力釋放受阻。

2.2 裂紋原因分析

根據(jù)裂紋產(chǎn)生的位置、時(shí)機(jī)，結(jié)合母材、焊材檢查結(jié)果，以及該裂紋附近結(jié)構(gòu)情況和具體工藝執(zhí)行情況描述，分析判斷該裂紋是延遲裂紋，又稱氫致裂紋，屬于冷裂紋的一種。該裂紋產(chǎn)生需要3個(gè)條件：應(yīng)力大；有氫元素來(lái)源，且氫元素未及時(shí)逸出；存在敏感部位，即存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1)應(yīng)力大

產(chǎn)生裂紋的部件是三面焊結(jié)構(gòu)，共有6條焊縫，與其進(jìn)行焊接的鋼板(厚度分別為支撐加筋肋δ1=90mm、腹板δ2=46 mm、筋板δ3=20 mm)厚度大，剛度大，拘束度大，存在較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

焊接順序不對(duì)，應(yīng)該采用分層循環(huán)焊接，以減小焊接殘余應(yīng)力，尤其是在結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大時(shí)，無(wú)法通過(guò)變形釋放應(yīng)力，不采用正確的焊接順序，即使該條焊縫不產(chǎn)生裂紋，焊縫也會(huì)存在較大的內(nèi)應(yīng)力。

預(yù)熱溫度過(guò)低，且不能保證預(yù)熱的均勻性，未能有效降低焊接應(yīng)力和應(yīng)變速率，易產(chǎn)生焊接裂紋。

預(yù)熱溫度過(guò)低，未能有效降低焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，尤其是角接接頭的拘束度升高尤為明顯，隨著預(yù)熱溫度的降低，裂紋缺陷發(fā)生概率提高。

2)有氫元素來(lái)源，且氫元素未及時(shí)逸出

通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，氫氣來(lái)源有如下可能：現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)部分對(duì)坡口及附近母材金屬焊前打磨不徹底，不排除產(chǎn)生裂紋焊口附近母材金屬打磨不徹底；不排除二氧化碳?xì)怏w純度不夠，其中含有超標(biāo)水分；不排除藥芯焊絲有受潮的可能。

焊前預(yù)熱溫度過(guò)低，實(shí)際施工過(guò)程中無(wú)法保證預(yù)熱寬度和預(yù)熱均勻性，且焊后未及時(shí)進(jìn)行消氫處理，致使氫在熔池中未及時(shí)逸出。

3)存在敏感部位，即存在應(yīng)力集中現(xiàn)象

由于角焊縫焊趾處截面變化較大，在焊趾處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，該位置拉應(yīng)力最大，為氫元素聚集提供了條件，大量氫元素聚集后生成氫氣，氫氣的產(chǎn)生最終導(dǎo)致該條裂紋的形成。

通過(guò)上述分析可知，裂紋是否產(chǎn)生的關(guān)鍵是焊趾處氫元素濃度是否達(dá)到該條焊縫的開(kāi)裂限值(每條焊縫內(nèi)應(yīng)力大小均不同)?？梢赃M(jìn)行如下總結(jié)。

①該位置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹窄，焊接作業(yè)人員操作不便。

②9PK4-6肋板三面焊結(jié)構(gòu)、焊縫兩側(cè)母材板厚大(δ1=90 mm、δ2=20 mm)，產(chǎn)生裂紋處焊縫結(jié)構(gòu)拘束度大，內(nèi)應(yīng)力釋放受阻。

③預(yù)熱溫度未達(dá)到焊接工藝規(guī)程要求，熔池金屬冷卻速度過(guò)快，導(dǎo)致產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，且對(duì)熔池中氫逸出不利。

④實(shí)際操作過(guò)程中，焊接順序不對(duì)，且未嚴(yán)格按照多道焊分層循環(huán)焊接，造成應(yīng)力集中。

⑤由于結(jié)構(gòu)原因，角焊縫焊趾處存在較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，只能通過(guò)焊縫成形減少應(yīng)力集中。

⑥該焊縫焊接作業(yè)人員實(shí)施焊項(xiàng)目與證件不符，存在超范圍施焊情況。

2)可以排除的原因

①儀器、設(shè)備沒(méi)有問(wèn)題。

②檢測(cè)人員、檢測(cè)設(shè)備符合相關(guān)要求。

鎖合隨動(dòng)式限幅機(jī)構(gòu)鋼球鎖釋組件的解鎖原理如圖6所示。在飛行工作階段以及鉆取采樣前半階段，鋼球鎖釋組件處于鎖定狀態(tài)，此時(shí)鋼球預(yù)緊彈簧壓緊鋼球，在彈簧的預(yù)緊力Fx的作用下，鋼球始終位于鎖定支座凹槽內(nèi)。在鎖定狀態(tài)時(shí)，限幅機(jī)構(gòu)將承受來(lái)自鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)的法向加載力。當(dāng)法向加載力Fp超過(guò)鋼球鎖釋組件設(shè)定的解鎖力后，鋼球?qū)陌疾壑忻摮?，從而?shí)現(xiàn)限幅機(jī)構(gòu)的解鎖。

③焊接工藝評(píng)定、焊接施工方案文件符合要求。

3)尚不確定的地方

未見(jiàn)部分原材料的質(zhì)量證明書(shū)，不排除原材料原因?qū)е铝鸭y的產(chǎn)生，最終還要見(jiàn)到質(zhì)量證明文件后再下定論。若對(duì)母材、焊材質(zhì)量持懷疑態(tài)度，可外委有資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)檢。

因此，可根據(jù)事故原因綜合分析，對(duì)裂紋部位進(jìn)行焊接修復(fù)，并對(duì)補(bǔ)焊部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

3 鋼結(jié)構(gòu)MB-3板梁焊補(bǔ)工藝

3.1 焊接設(shè)備及材料的選用

1)母材介紹

支撐加筋肋材質(zhì)：A572Gr50；規(guī)格厚度：δ=90 mm；肋板材質(zhì)為：Q355B；規(guī)格厚度：δ=20 mm。

2)設(shè)備介紹

選用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)，型號(hào)為NBC-500奧太焊機(jī)，采用直流反接。

3)焊接材料

焊絲選用型號(hào)為T492T1-1C1A，焊絲直徑為1.2 mm；

3.2 焊接操作工藝

1)焊接方法為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(FCAW)。焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)選擇

2)焊前準(zhǔn)備

焊接位置：3F，即T型接頭立焊位置，采用碳弧氣刨?gòu)氐浊宄毕莶课患昂缚p縱向位置兩端各50 mm范圍內(nèi)的填充金屬，并用打磨機(jī)在返修部位焊縫區(qū)及兩側(cè)各20 mm范圍打磨出金屬光澤，返修焊接區(qū)域經(jīng)磁粉檢測(cè)確認(rèn)無(wú)缺陷后，按返修工藝要求進(jìn)行焊接作業(yè)工作；焊前預(yù)熱采用火焰加熱，在返修焊縫背面左右各100 mm范圍內(nèi)均勻擺動(dòng)升溫；在焊縫正面離焊縫中心左右各75 mm處測(cè)量預(yù)熱溫度，采用紅外測(cè)溫儀實(shí)測(cè)預(yù)熱溫度為127 ℃。

3) 焊接過(guò)程監(jiān)督檢查

使用二氧化碳保護(hù)氣體純度高于99.9%(合格證標(biāo)示)，氣體流量采用20～25 L/min(氣體流量計(jì)顯示)，焊接電流在240～280 A(焊接電流表顯示)，焊接電壓在28～30 V(焊接電壓表顯示)，焊接速度25 cm/min(計(jì)時(shí)測(cè)算)，層間溫度實(shí)測(cè)140 ℃，焊后外觀檢查平整，無(wú)表面氣孔、夾渣、咬邊等缺陷。焊后打上焊工鋼印。

為防止延遲裂紋的產(chǎn)生，焊后對(duì)該條焊縫進(jìn)行脫氫處理，溫度為200～250 ℃，保溫1 h，并依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB 50661—2011)8.2.8條規(guī)定對(duì)返修焊縫進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)，未檢出超標(biāo)缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)故障原因，即委托方未對(duì)該缺陷及時(shí)進(jìn)行處理，導(dǎo)致遺漏，檢測(cè)部門也未對(duì)此事進(jìn)行跟蹤，暴露出制造廠沒(méi)有對(duì)缺陷進(jìn)行跟蹤關(guān)閉，管理流程存在漏洞。與此同時(shí)，焊工未按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行施工，焊工操作水平未通過(guò)工藝評(píng)定，從而造成焊接裂紋的出現(xiàn)，值得警惕和深思，為廣大電建企業(yè)施工提供借鑒。