超超临界锅炉12CrlMoVG钢集箱角接头再热裂纹原因分析及焊接工艺优化

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1、201i．09中国成都第九届电站金属材料学术年会超超临界锅炉12CrlMoVG钢集箱角接头再热裂纹原因分析及焊接工艺优化赵建仓1姚建华2成鹏1胡德彪3梁振新1赵彦芬1杨惠勤31苏州热工研究院有限公司；2上海电气电站集团；3上海锅炉厂有限公司摘要：针对1000MW超超临界锅炉12CrlMoVG集箱安装前检验发现的管座角焊缝裂纹问题，通过现场焊接接头的残余应力测试，角焊缝含裂纹试样的金相、扫描电镜及显微硬度等试验研究，结合集箱材料、结构和制造焊接及焊后热处理工艺等因素，判定集箱角焊缝裂纹性质为再热裂纹．根据再热裂纹产生的原因和影响因素，提

2、出了焊接及修复的工艺优化措施，实施结果表明有效的防止了集箱角焊缝再热裂纹的产生。关键词：12CrlMoVC钢；集箱角接头；再热裂纹；焊接工艺优化概述某发电公司建设的2×1000MW超超临界锅炉火电机组，在1#机组锅炉设备安装前检验中，烟井前(后)墙下集箱管接头角焊缝(以①168×27mm为主)以及吊耳角焊缝发现多处裂纹，集箱本体、管接头及吊耳材质均为12CrlMoVG。该裂纹存在对高温高压运行的锅炉发电设备带来严重威胁。12CrlMoVG钢是国内外电力设备广泛使用的一种成熟的低合金耐热钢，但是制造超超临界锅炉12CrlMoVG钢壁厚接

3、近IOOmm的集箱(①457×96．9吼，设计运行压力31．3～[Pa，温度452℃)可借鉴的经验并不多。因此本文分析了集箱管接头裂纹产生原因，提出针对性的优化焊接工艺，制定科学合理的返修工艺，为获得性能优良的焊接接头，确保锅炉集箱安全、可靠的运行奠定基础。112CrlMoVG钢及其焊接性12CrlMoVG钢属珠光体低合金耐热钢，该钢具有较高的热强性和持久性。该钢被普遍用于制造壁温小于570。C的受热面管子，壁温小于555。C的集箱、蒸汽管道，以及锅炉大型锻件等。该钢依靠Cr、Mo合金元素固溶强化，依靠所含的V与碳结合形成VC等碳化物

4、弥散强化，使该钢保持较高的组织结构稳定性和持久强度。通常12CrlMoVG钢焊接性能良好，但在一定条件下也具有一定的裂纹倾向。由于12CrlMoV钢碳当量较大，钢材本身淬硬倾向较大，若设备结构尺寸大、管壁厚度大、应力集中高，在氢的作用下，焊接及焊后热处理工艺不当会可能导致冷裂纹产生：Cr-Mo(一V)耐热钢的基本成分为cr、Mo，均为碳化物形成元素，有析出强化作用，随着Cr、Mo含量增大，再热裂纹倾向增大，在低Cr-Mo钢中添加V会显著增大再热裂纹倾向，若焊接工艺中的预热温度偏低、焊接线能量偏大、焊缝强度偏高、焊后热处理参数不合理，则

5、极易形成再热裂纹。2集箱管座角接头裂纹宏观形貌及特征在#1机锅炉集箱安装前检验中发现，下集箱①168×27咖及0100×20咖管接头角焊缝以及吊耳角焊缝处存在多处裂纹，角焊缝裂纹长度最小8’12m，最长为整条周向焊缝开裂约528咖，其宏观形貌特征为：(1)集箱管接头及吊耳角焊缝裂纹均位于集箱本体侧焊缝熔合线附近，该焊缝沿周向连续整圈或断续开裂。(2)裂纹主要发生在管接头(中168X27衄)及吊耳6=40～45岫的角焊缝上，在管接头(①100X20re)角焊缝上较少。310中国成都第九屠电站盎鼻材#肇木年会(3)裂纹发现时问为埠后热处理

6、后寅装前．在焊态检验中井未发现。裂纹宏观形貌如瞄1、图2所示．根据裂纹宏观形貌特征可知z(I)髓管接头的直径及壁厚增大，其管接头裂纹数量增多，困此，厚壁焊接结构较高的焊接残余应力对裂纹盼形成、特别是对裂纹的扩展具有一定促进作用。(2)裂纹均在热处理后待安装前阶段#0观，可知焊后热处理过程对裂纹的产生及扩展具有～定影响。里’管鏖角辉缱裂垃密鞠形虢田々警座角辉缝曩敏舯嚣魂影稿厦长度3角接头结构殛残余应力情冼谢试分析3．1应力铡试点分布情况及测试计算结果由于焊接过程是一个局部的不均匀加热、冷却过程，受焊缝及其近缝区温度场的影响，捍件内部会出

7、现太小不等，分布不均匀的残采应力应变场，焊接残余应力对设备结掏安全性建成的影响非常大t在进行掉接生产和咎复工程中，需要特别关注焊接残余应力的分布和水平，以降低其危害，保证设备的安全运行。本文针对集箱接管蜜角焊缝的应力情况采用小孔释放法进行了测量，扶而了解管接头角焊缝周盈瘟力分布情况。蔫试点的选择如圈3所示，涮点分布在2个集箱上，分易蜢对存在和不存在袈毁曲管座角焊缝齄应力进行测试，其状态及测试计算结果如袁l所示。结果表明，在已有裂纹的2、3测点上进行残余应力测试，园部分应力已释放，故在开裂前的实际残余应力值比测得的残余应力值还要更大一些

8、。应力涮试计算值铡点犏号位置状态o·(时B)Iot(肝t)Iy(。)ll#右集箱譬座角焊缝无裂纹1327I603l一274Il#右集箱臂座角焊缝有裂纹1423I121_3l一％6I憾艄崖m4#有裂垃Ⅻ§i159．Il一3