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异种钢焊接接头的监督管理
广东电网公司电力科学研究院(广州市510600)吴頭登
广东红海湾发电有限公司(汕尾市516623)张继文
摘要随着机组参数的不断提高,超(超)临界机组的投产,异种钢的焊接相当普遍,但是异种钢接头的失效
也严重威胁到机组的安全运行。叙述了开展异种钢焊接接头金属技术监督的必要性和紧迫性,讨论了其监督的重
点和方法,并结合案例进行了分析,为火力发电厂异种钢接头的监督管理提供了指导作用。
关键词:金属监督异种钢失效分析
中图分类号:TG174.9
有可能在焊缝中形成马氏体组织,从而恶化接头的性
0前言
能,甚至引起裂纹。
随着火力发电机组向大容量和高参数发展,电站1.3膨胀系数的差异造成的应力
锅炉过热器和再热器的高温段越来越多地使用铬镍奧
奥氏体钢和低合金钢的线膨胀系数相差很大,奥
氏体不锈钢,它具有高的热强性和高的抗氧化性,可以氏体钢的线膨胀系数比珠光体钢高约30%,会在焊缝
被用于金属温度超过600℃的过热器和再热器管,最与低合金钢侧母材之间的结合面附近产生较大的热应
高使用温度可达700℃,由于使用温度范围较高,在
力
定程度上解决了因炉膛烟气温差大而引起的超温爆
因此,异种钢焊接接头附近是一个成分、组织、性
管,使锅炉的安全性明显提高。从经济角度考虑,为减能和应力场的不均匀体。在机组长时间服役运行过程
少奥氏体不锈钢的用量,其低温段仍然沿用低合金耐中,异种钢焊接接头更容易产生蠕变一疲劳裂纹导致
热钢。一般壁温超过580℃的锅炉管使用奥氏体不锈早期失效2-1,从而严重成胁到机组的安全、稳定、经
钢,580℃以下使用低合金耐热钢12 Crmov,1和济地运行。
102钢等。因此,不可避免地会出现异种钢接头及异种
钢的焊接问题。
2监督管理的方法
监督管理的必要性
2.1加强锅炉制造单位制造质量的监督检验工作
般地,受热面异种钢焊接采用的是自动焊。制
相对于同种钢焊接,焊接异种钢会碰到一些特有造现场监督着重捡査焊接前是否进行了焊接工艺评
的问题。
定,焊接过程是否严格执行焊接工艺指导书。有重点
1.1碳的迁移
地抽查焊接质量报告及其无损探伤记录,其中焊接接
由于奥氏体不锈钢与低合金耐热钢的碳含量差异
头质量检查包括外观检査、无损探伤检査、力学性能试
较大,在高温条件下,碳从低合金钢一侧通过熔合线向
验、金相检验和水压试验等。外观检查要求焊缝余高
焊缝一侧扩散,低合金钢一侧产生脱碳带,奥氏体焊缝
不低于母材,焊缝与母材应平滑过渡;焊缝及其热影响
侧产生增碳带,使脱碳的低合金钢一侧蠕变張度降
区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔;焊鏠咬边深度和长
低,容易产生开裂;使增碳层一側强度提高,增大了两
度符合DL5007~-1992《电力建设施工及验收技术规范
侧的强度不匹配状况,并造成接头的失效。
火力发电厂焊接篇》要求。受热面管子焊接后,按照
1.2合金元素的稀释作用
由于低合金钢的合金含量较低,对焊缝金属的成
JB/T1611-1993《锅炉管子技术条件》进行通球试验。
焊接接头的抗拉强度不低于低强度侧母材的规定值下
分有冲淡作用,使焊缝中的奥氏体形成元素含量不足,
限,冷弯试验中当冷弯至规定角度后,其拉伸面上不得
收稿日期:2009-11-08
有大于3.0mm的纵向裂纹,或者大于1.5mm的横向
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裂纹。接头金相组织应没有微裂纹、没有过烧组织、没
有淬硬马氏体组织。对于非奥氏体焊缝的接头,其热
处理后的硬度值应不超过高合金钢侧母材布氏硬度值
+100HB,合金总含量小于3%,布氏硬度≤270HB,
合金总含量为3%~10%,布氏硬度≤300HB,合金总
含量大于10%,布氏硬度≤350HB。
2.2加强锅炉安装现场焊接质量的管理
检查焊工是否持证上岗,焊接材料是否符合技术
要求,焊接过程是否执行焊接工艺卡的要求。相关规
图2屏式过热器TP347H/T91异种钢焊接接头焊瘤缺陷
定参考DL/752-2001《火力发电厂异种钢焊接技术规
程》
严重的偏差,使得该管子可能超温导致爆管。原因认
2.3加强异种钢焊接接头运行过程中的跟踪监督
为是锅炉制造厂异种钢焊接接头制造质量监督检验不
异种钢焊接接头在运行过程中,材料显微组织、力
严,返工工艺不符合要求,修补后存在凹坑。
学性能都会发生变化。利用机组大修期间,对异种钢
(2)广东某发电厂1"锅炉是300MW亚临界燃煤
焊接接头进行无损探伤抽查,割管进行金相组织分析锅炉,于1995年建成投产,累计运行时间约10万小时。
和力学性能试验,必要时做异种钢焊接接头的寿命评200年该机组大修进行受热面寿命评估发现,屏式过
估,彻底根除接头缺陷,防患于未然。
热器TP304HC102焊接接头奥氏体不锈钢侧存在晶
间氧化裂纹,深0.2-0.3mm,热影响区奥氏体组织晶
3案例分析
界处有碳化物析出;C102侧熔合线处均有明显的碳迁
(1)广东某发电厂1“锅炉是600MW超临界燃煤移带。如图3~5所示。
锅炉,于2008年1月建成投产。2008年6月停机进行
首次小修,射线探伤发现大罩壳内屏式过热器部分
TP347HT91接头根部有严重内凹缺陷,最深处达6.8
mm,如图1所示。有内凹缺陷的焊缝外表面均有补焊
痕迹。管子规格为45mmx10.8mm。还发现有部分
焊接接头根部存在严重的焊瘤,如图2所示。
图3不锈钢侧母材外壁的沿晶界氧化裂纹
图1屏式过热器TP347H/T1异种钢焊接接头内凹缺陷
m
焊缝根部内凹导致焊缝厚度变薄,严重削弱了焊
图4奥氏体晶界处存在碳化物
缝的强度。在高温高压蒸汽作用下,该部位极其容易
由于G102与不锈钢TP304H热膨胀系数不同,在
爆破发生爆管事故。另一方面,焊缝根部存在焊瘤,使温度变化时会在异种钢焊缝处产生较大应力;而焊接
得该管子的蒸汽流通直径减小,造成管内蒸汽流量和过程中不锈钢不可避免地会处在敏化温度区间,此时
流速的不足,此时管子烟气侧和蒸汽侧的温度会发生不锈钢中的碳原子迁移至晶界处,与晶界附近的铬原
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