15CrMoG螺旋水冷壁冷裂纹产生原因分析及解决方案

杨志鹏 孙艳平

摘 要：针对我公司施工的15CrMoG螺旋水冷壁管焊接裂纹产生的原因进行分析，确定裂纹产生的原因，改进对施工方案，减少焊接缺欠的产生。

关键词：15CrMoG 焊接 冷裂纹 应力

中图分类号：TK223.31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-02

在我公司施工的15CrMoG小径螺旋水冷壁焊接施工初期，多次出现了裂纹缺欠，确认为冷裂纹后，通过对施工个环节的仔细观察与认真分析后，确定了主要原因是施工过程中存在拉应力，在明确应力产生原因后采取有针对性地措施，改进对施工方案，减少焊接缺欠的产生，提高焊口一次合格率，对提高施工生产的经济效益、安全效益和社会效益都有意义。

1 施工情况

我公司承建的新疆阿拉尔盛源热电2×350 MW机组工程中锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，上部水冷壁为垂直光管膜式水冷壁，炉膛下部水冷壁采用螺旋管圈布置（采用光管），由膜式水冷壁及散管组成，上下部水冷壁间采用中间混合集箱过渡。螺旋水冷壁规格为Ф32×5.5，材质为15 CrMoG。15 CrMoG钢可焊性较好，由于合金元素较多，具有淬硬倾向，易在焊缝和热影响区形成对裂纹敏感的显微组织，在扩散氢和拘束应力的共同作用下，容易产生冷裂纹缺欠。

在螺旋段水冷壁管屏焊接后探伤检验，发现部分焊口出现裂纹缺欠。初始认为是个别焊工操作不当，焊接工艺执行不严格造成的原因。要求该焊工认真执行焊接工艺，注意焊接起弧收弧处收弧处理，加强打底焊道焊后检查。然而随后又有裂纹缺欠的产生，而且也不集中在一个焊工身上，但是裂纹所处位置相近。

2 裂纹产生原因分析

察看探伤底片（见图1），裂纹位于12点位置附近，即焊接过程的起弧收弧的位置，属于应力集中位置。用磨光机打磨缺欠位置（见图2），确认属于根部横向裂纹，裂纹无分支。可以明确断定为冷裂纹。

冷裂纹产生的原因主要有3个方面的原因：

①焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。

②扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺欠处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。

③存在较大的焊接拉应力参考相关资料，对施工中的人、机、料、法、环等环节逐一进行检查，查找原因。

（1）焊工为持证合格焊工，有过多台机组管道焊接的施工经验；

（2）机械、工器具性能良好；

（3）焊丝为焊材选用上海电力修造厂生产的TIG-R30 Ф2.5焊丝，符合GB/T 8110-2008的标准，氩气在当地采购，瓶装形式供货，符合GB/T4842-2006的

标准；

（4）在组合、安装焊接过程中，施焊位置有2G、5G、6G等多种位置形式，在综合考虑施工难易程度及劳动效率等因素后，采取GTAW焊接方法，公司拥有相关管道的焊接工艺评定。GTAW的焊接气氛具有超低氢的特点，有利于防止氢致裂纹的产生。在焊接过程中焊接参数为：直流正接80～110 A、电压10～14 V，氩气流量为8～12 L/min。在焊接过程中焊工也能较为严格执行该焊接工艺参数。可以降低在焊缝热影响区产生过热组织，晶粒粗大降低焊接接头的抗裂性能的可

能性。

（5）施工时间为夏季，本地夏季日照强烈，日照下管子温度能达到40 ℃以上，焊前可无需进行预热，也有利于延迟焊后焊缝降温速度，有利于焊缝中氢的逸出；

通过上述几方面的分析，可以将冷裂纹产生的①②两项原因排除在外，基本可以确定为应力所致。

在对从对口到焊缝清理的整个施工过程进行仔细观察，发现水冷壁在对口过程中存在使用撬棍或楔子等工具进行对口调整，如图3所示：

图1

图2

图3

而且发现我们在作业指导书中要求的定位焊缝的长度一般为10 mm左右，厚度为2～3 mm，对称分布在焊口两侧的要求不能适应此种对口方式，面对在对口过程中外界施加的外力，定位焊缝强度太低，容易产生晶间开裂或裂纹，如果在根部焊缝施焊道定位焊缝处未将晶间开裂或裂纹熔化，就成为裂纹的发展源，这应是裂纹出现在此位置的重要原因。因此重新要求焊工在点口过程中定位焊缝长度要达到1/4焊缝长度，以增强定位焊缝的强度，抵御对口过程中外界所施加的应力，前后两种定位焊缝形式见图4。

在采取减少强力对口，增长定位焊缝长度的措施后，有效遏制了裂纹的发生，焊口一次探伤合格率也得到了有效的提升。

3 结语

15CrMoG钢尽管焊接性能较好，在施工中一些比较细微不太因人注意的原因就有可能引发严重的缺欠，所以要在施工中严格执行焊接工艺，改进施工方法，就能起到减少或避免如裂纹等严重缺欠的产生，保持较好的焊接质量，提高施工生产的经济效益、安全效益和社会效益。

参考文献

[1] 邢琪.15CrMo小径管焊接裂纹分析.2007年华东会议论文集.安徽省机械工程学会焊接专委会.

[2] 杨炳彦.火电建设焊接技术[M].北京：中国电力出版社，1994.