0、引 言
SA213-rl23鋼是在l22等級(jí)鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入鎢(1.6%)，減少鉬(0.20%)和含碳量(0.04%-0.10%)，并加入少量的釩、鈮、氮和硼而改型成T23等級(jí)鋼。T23鋼正火、回火后的組織為回火貝氏體一馬氏體，600℃時(shí)具有優(yōu)良的熱強(qiáng)性、抗氧化性且無(wú)脆化的危險(xiǎn)，焊接性能良好，主要應(yīng)用于壁溫不超過(guò)600 ℃的受熱面管子。小口徑薄壁管宜采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊絲采用Union I P23，一般可不進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的秸稈木屑顆粒燃料。
廣東某電廠于2008年開始投資建設(shè)了2×1000 MW超超臨界機(jī)組，其鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的3091t/h超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐。由于鍋爐運(yùn)行參數(shù)的提高，鍋爐38 m以上的螺旋段、垂直段水冷壁管及一級(jí)過(guò)熱器的懸吊管均使用T23鋼管，規(guī)格分別為φ38.1 mm×6.8mm、φ44.5mm x7.3mm和φ49.3mm×11mm。在機(jī)組整組啟動(dòng)、熱態(tài)調(diào)試過(guò)程中，l23鋼管安裝焊縫頻繁發(fā)生泄漏‘8-10]。本文通過(guò)對(duì)T23鋼管焊接接頭材料性能分析及泄漏試樣的試驗(yàn)研究，攏出l23鋼管焊接接頭泄漏的原因，為以后類似機(jī)組的安裝、調(diào)試、運(yùn)行提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。
1、SA213-T23鋼管滲漏原因分析
滲漏的水冷壁管規(guī)格為+38.1 mm×6.8 mm，材質(zhì)為T23鋼，如圖1所示。其中一根管上標(biāo)示1號(hào)角右54 m，編為1號(hào)管；另一根管上標(biāo)示爐后46 m，編為2號(hào)管。2根管均帶有一個(gè)同種鋼焊縫和兩側(cè)的鰭片焊縫，采用手工氬弧焊，火焰預(yù)熱溫度為150—200℃，焊絲牌號(hào)TGS - 2CW，“V”形坡口，焊后不熱處理。管子在焊后水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生泄漏。
1.1裂紋的宏觀檢查
將1號(hào)管開裂處的焊縫切割下來(lái)，如圖2所示。
從圖2可以看出：(1)管上的裂紋位于焊縫熔合線附近，裂紋較細(xì)，沿周向擴(kuò)展，長(zhǎng)度為20 mm左右。(2)管的裂紋處無(wú)明顯塑性變形和氧化現(xiàn)象。
為了分析水冷壁管開裂原因，將從1號(hào)管切割下的焊縫接頭（圖2）在裂紋側(cè)打磨和拋光，并用硝酸、酒精浸蝕，浸蝕后1號(hào)管開裂處的宏觀照片如圖3所示。
為便于微觀金相分析的標(biāo)識(shí)，圖3中用A1、B1、CI、D1、E1分別表示1號(hào)管的裂紋側(cè)基體、裂紋側(cè)熱影響區(qū)、焊縫、焊縫另一側(cè)熱影響區(qū)和另一側(cè)基體。
1.2裂紋的微觀組織試驗(yàn)
1號(hào)管裂紋2個(gè)尖端處的低倍形貌如圖4所示，高倍金相組織如圖5所示，焊縫兩側(cè)基體以及焊縫的金相組織分別如圖6、7所示。
從圖4、5可以看出，1號(hào)管裂紋出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)靠近熔合線附近，裂紋的一端沿熔合線擴(kuò)展[圖4(a)]，另一端向熱影響區(qū)擴(kuò)展[圖4(b)]。裂紋有穿晶擴(kuò)展，也有沿晶擴(kuò)展[圖5(b)]。2個(gè)尖端的裂紋均呈現(xiàn)不連續(xù)的特征。圖4(a)、5(a)中，裂紋較寬處均與熔合線和熱影響區(qū)的粗晶區(qū)有關(guān)。
由圖6、7可以看出，1號(hào)管焊縫兩側(cè)基體及焊縫區(qū)的金相組織均為貝氏體。
2號(hào)管裂紋2個(gè)尖端處的低倍形貌、高倍金相組織、裂紋側(cè)熱影響區(qū)、焊縫兩側(cè)基體的金相組織均與1號(hào)管類似。2號(hào)管裂紋出現(xiàn)的位置與1號(hào)管裂紋出現(xiàn)的位置相似，也出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)靠近熔合線內(nèi)或附近，裂紋的一端沿熔合線擴(kuò)展至焊縫內(nèi)，另一端沿熔合線擴(kuò)展。
裂紋主要是沿晶界擴(kuò)展，但也有局部穿晶擴(kuò)展。2根管裂紋附近區(qū)域的金相組織特征：裂紋側(cè)基體為貝氏體，裂紋側(cè)熱影響區(qū)為細(xì)小貝氏體，裂紋側(cè)熔合線為粗大貝氏體，焊縫為粗大貝氏體，另一側(cè)基體為貝氏體。
1.3綜合分析
以上通過(guò)對(duì)1、2號(hào)管焊縫附近裂紋的宏觀和微觀觀察，可以看出：
(1)2根管上的裂紋均出現(xiàn)在焊縫熔合線附近區(qū)域內(nèi)，管子在裂紋處無(wú)明顯塑性變形和氧化現(xiàn)象，金相組織無(wú)異常，管子在開裂處無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生。這表明焊接熱輸入對(duì)焊接接頭的金相組織沒有造成不良影響。
(2)2根管的裂紋擴(kuò)展方式既有沿晶擴(kuò)展也有穿晶擴(kuò)展，2根管裂紋尖端均呈現(xiàn)出不連續(xù)的特征，這說(shuō)明裂紋尖端不連續(xù)微裂紋的形成與主裂紋的擴(kuò)展沒有直接關(guān)系，也就是說(shuō)尖端微裂紋和主裂紋均是在外力作用下同時(shí)形成的。析出的沉淀相造成的晶界弱化和微合金元素造成的晶粒內(nèi)強(qiáng)化是T23鋼產(chǎn)生冷裂紋的次要因素，焊接殘余應(yīng)力和焊接結(jié)構(gòu)本身的拘束應(yīng)力是冷裂紋萌生和擴(kuò)展的主導(dǎo)因素。
(3)該類水冷壁管子都處于施工過(guò)程中臨時(shí)吊裝點(diǎn)區(qū)域。由于該電廠在運(yùn)行和基建過(guò)程發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的臨時(shí)吊裝點(diǎn)焊縫存在許多裂紋，還導(dǎo)致多次失效開裂，因此，該電廠在水冷壁管屏臨時(shí)吊裝點(diǎn)區(qū)域切割出400 mm x400 mm的窗口，更換該窗口內(nèi)的水冷壁管，更換后重新進(jìn)行焊接。由于窗口內(nèi)的水冷壁管都是在剛性狀態(tài)下焊接，焊接接頭具有很大的拘束應(yīng)力。
(4)通過(guò)對(duì)2根管子裂紋位置的仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，2根管子的裂紋均位于水冷壁管鰭片焊縫（縱向焊縫）與水冷壁周向焊縫（橫向焊縫）交錯(cuò)的一側(cè)，結(jié)構(gòu)自身拘束應(yīng)力較大，鰭片焊縫的存在增大了焊接拘束應(yīng)力，使焊接接頭處于復(fù)雜的三向應(yīng)力狀態(tài)。圖2所示是1號(hào)管裂紋的宏觀位置，2號(hào)管裂紋的位置與1號(hào)管的位置基本相同。焊縫交錯(cuò)導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力的疊加，該區(qū)域容易形成裂紋。
2、裂紋的防止措施
冷裂紋的產(chǎn)生主要與鋼材淬硬組織、焊接接頭的含氫量及其分布、焊接接頭的拘束應(yīng)力有關(guān)。材料中的空位在應(yīng)力的作用下發(fā)生聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成萌生的微裂紋。裂紋的擴(kuò)展則與塑性有關(guān)。冷裂紋的防止措施主要包括：(1)冶金措施。選用優(yōu)質(zhì)的低氫焊接材料，焊前對(duì)焊條充分烘干，對(duì)坡口附近的銹和油污仔細(xì)清理。(2)工藝措施。焊前預(yù)熱，焊后緩冷，焊道表面錘擊。焊接操作盡量多層多道焊，避免各種工藝缺陷，并對(duì)焊趾處作適當(dāng)修磨處理，以降低應(yīng)力集中程度和啟裂源。(3)降低焊接接頭的內(nèi)拘束應(yīng)力（熱應(yīng)力、組織應(yīng)力）和外拘束應(yīng)力。坡口的形狀以對(duì)稱為宜，避免單邊開半V形坡口。在較長(zhǎng)的剛性梁連接板上，每間隔300—400 mm距離開應(yīng)力釋放槽以釋放焊接應(yīng)力。對(duì)于拘束度較大的焊接結(jié)構(gòu)，焊后宜進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為730 ~760℃。
3、結(jié)論
1號(hào)、2號(hào)管焊縫附近裂紋的形成原因主要是由焊接殘余應(yīng)力和焊接結(jié)構(gòu)本身的拘束應(yīng)力共同作用造成的。焊接殘余應(yīng)力來(lái)自焊接時(shí)交錯(cuò)焊縫所受的束縛以及管子熱脹冷縮的不均勻性。拘束應(yīng)力則來(lái)自焊接結(jié)構(gòu)本身的剛性約束。在2種應(yīng)力共同作用下，焊縫接頭中最薄弱的熔合線就較易成為裂紋的起源處，當(dāng)這種疊加應(yīng)力大于管子熔合線處的強(qiáng)度時(shí)即導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)熱風(fēng)空調(diào)
2、
木屑顆粒機(jī)
2、
秸稈顆粒機(jī)
