SA299Gr.B特厚板锅炉汽包焊接裂纹的处理

毛敏丹洪雨胜

1.科恩马特殊过程装备（常熟）有限公司；2.拜耳技术工程（上海）有限公司

SA299Gr.B特厚板锅炉汽包焊接裂纹的处理

毛敏丹1洪雨胜2

1.科恩马特殊过程装备（常熟）有限公司；2.拜耳技术工程（上海）有限公司

SA299Gr.B材料的焊接工艺参数不合理容易产生裂纹，裂纹的产生与材料的预热和后热有很大关系，预热和后热温度与材料和材料的厚度有关系。

概述

SA299Gr.B钢为C-Mn-Si钢，在ASME产品中应用十分广泛，是目前高参数、大容量汽包锅炉和大型压力容器的理想选材。

150mm以上的SA299Gr.B特厚钢板以前主要依靠进口，目前国内舞阳钢厂已研制开发成功，其化学成份完全满足ASME SA299标准的要求，在ASME标准设计的锅炉汽包中应用越来越多。

根据试验，SA299Gr.B特厚板力学性能比较稳定，厚度方向的性能较均匀，高温短时抗拉强度高，冲击韧性好，不含有太多的MnS夹杂，层状撕裂敏感性也不高，缺口效应不敏感；材料焊接性能好，但不合理的焊接工艺参数还是会引起SA299Gr.B特厚板的焊接缺陷。

问题的提出

两台锅炉蒸汽包，参数如下。

直径：ID1981设备两封头切线间长度：13000 设备筒体厚度：152mm。

现场焊接条件及参数如下：

1）设备材料：SA299Gr.B，舞阳钢厂生产，根据质保书和复验结果，材料性能完全符合ASME的要求，材料出厂时已按要求进行超声波无损检测；

2）焊接坡口：采用不对称的X型坡口，坡口加工区域进行了磁粉检测，坡口及周围两侧50mm以内的铁锈、油污及氧化物焊前已打磨去除；

3）焊前预热和后热处理：焊接前按焊接工艺评定要求预热到100℃，用测温笔确认温度达到要求后进行施焊。焊接后焊缝处保温，防止温度下降过快；

4）焊接方法：焊接采用埋弧自动焊， 电流范围（A）：500～580，电压范围（V）：29～32，焊接速度范围（mm/ min）500～650，线能量（KJ/cm）：22，采用多层多道小电流焊接；

5）焊接材料：低氢型焊材：焊丝EG（OE-SD3 1Ni1/4Mo），焊剂：OP121TT， 焊材、焊剂生产商：OERLIKON（奥林康），焊接前焊接材料按要求进行了烘干处理；

6）无损检测

对焊接接头采用TOFD进行无损检测. 分45°， 60°，75°三个角度双面扫查，发现纵、环焊缝有裂纹存在。下图为设备环焊缝中裂纹的情况。

裂纹分析

从图片的裂纹状态看：裂纹位于焊缝金属中部，偏向热影响区，宏观具有脆性断裂征，是一种无分叉的纯断裂，并呈人字纹的形态发展，按呈现特征分析，属于焊缝的冷裂纹。

裂纹产生原因分析

对于冷裂纹，根据目前的研究，形成主要有如下因素：

1）对冷裂纹敏感的淬硬组织；

2）一定的含氢量；

3）一定的约束应力。

其中前者反映了被焊金属的固有特性，后两者取决于工艺因素与结构因素，特别是焊缝中的氢浓度，氢是产生冷裂纹的主要诱因，所以如何改善组织，控制一切氢的来源，降低应力水平，是减少冷裂纹的主要防止措施。

预热和后热可以改善焊接接头组织性能，有利于氢的逸出，是防止焊接冷裂纹的有效措施。

预热的作用在于：

1）可降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，从而减少淬硬组织，研究表明：强度级别越高的钢材，其预热温度也要相应提高，板厚越大，提高的幅度也越大。预热温度高、低选择的目的就是为了使焊接后的冷却避免焊接过渡区不变成马氏体组织，这样可以减少或避免裂纹；

2）预热可扩大焊接区的温度场，减少焊接区的温度梯度，从而达到降低焊接头的内应力，提高接头的塑性；

3）预热可延长焊接区域在100℃以上温度的停留时间，从而有利于氢从焊缝金属中逸出，达到了提高接头的抗冷性能。

后热除具有消氢和减缓应力的作用，还可提高热影响区的韧性作用。

制定焊接工艺时，正确拟定钢材的预热和后热温度是防止冷裂纹产生非常关键的因素。

对于低合金和高强度钢板，一般预热最低温度如下。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.055