TP347H/G102末级过热器异种钢焊缝泄露分析及处理

摘要：本文通过对某厂末级过热器管TP347H/G102异种钢焊缝沿熔合线位置泄露进行宏观和微观金相等试验研究，指出本次失效属TP347H/G102异种钢焊缝早期失效现象。并对如何检查和防范锅炉发生此类型异种钢焊缝爆漏，提出有效的专项检查措施。

关键词：异种钢 焊缝 失效

一、前言

某电厂#1锅炉为哈尔滨锅炉厂设计制造的1025t/h亚临界一次中间再热自然循环锅炉，型号HG-1025/18.2-540/540-WM10，采用单炉膛Π型布置，采用直流燃烧器正四角切圆燃烧方式，给水温度279.4℃，汽包工作压力19.61MPa。

末级过热器位于后屏过热器和后水冷壁吊挂管之间，分成前后二级。前级27片，以457.2mm的横向节距沿整个炉宽方向布置。后级54片，以228.6mm的横向节距沿整个炉宽方向布置（如图1）。

电厂#1炉末级过热器后级G102/TP347H基建安装异种钢焊口（材质G102，规格Ф51×8mm / 擦之TP347H，规格Ф51×7.5mm，厂家焊口）沿熔合线连续发生了两次泄漏，第一次泄漏时机组运行了6万小时。

二、裂纹分析

2.1宏观检查

#1锅炉第一次爆管现场如图2，末过后级炉右23屏前数第1根异种钢焊口G102侧熔合线处有穿透性裂纹，吹爆和吹损末过前级和后级管子共30根。

#1锅炉第二次爆管现场如图3，末过后级炉右2屏前数第3根厂家异种钢焊口G102侧熔合线处有穿透性裂纹， 吹损末过后级相邻2根管子。

对裂纹管进行取样，并将其剖开，其形貌如图4所示，宏观形貌说明，泄露管沿焊缝低合金钢融合线开裂。

2.2化学分析

取裂纹管焊缝两边母材进行化学成分分析。G102母材及TP347H母材的化学成分试验结果分别见表1和表2。可知G102母材及TP347H母材的化学成分分别符合GB 5310—1995和ASMEA213—1998的要求。

2.3金相分析

在失效管子异种钢焊接接头进行金相试验进行了微观组织分析，试样如图3所示。显微组织照片见图5～图8，从图中可知，失效管G102母材为正常的回火贝氏体组织，未发现异常；裂纹位于G102与焊缝的熔合线位置上；TP347H不锈钢侧热影响区组织过热段晶粒较粗大，TP347H不锈钢熔合线组织晶粒被拉长并与焊缝存在有明显的熔合线；TP347H不锈钢母材显微组织为典型的奥氏体。从金相组织来看，TP347H/G102异种钢焊接接头中G102侧焊缝熔合线裂纹是泄露的直接原因。

2.4拉伸试验

在#1炉末过未失效异种钢焊缝位置取样，对取样管进行拉伸试验，抗拉强度为636MPa，断裂位置位于TP347侧，试验结果合格。

三、综合分析：

贝氏体+奥氏体异种钢焊接接头，由于2种不同成分、不同晶体结构的金属互相掺合，在其熔合线附近出现了化学成分、金相组织、机械性能和物理性能的不均匀性。由于这些不均匀性的存在，给接头的使用安全性带来了很大不利。

开裂位置位于异种钢焊口G102侧，完全沿熔合线发生开裂。同时在未失效取样管上取样进行金相试验未发现金相组织异常。

该类失效是由于高温下使用的奥氏体不锈钢与贝氏体耐热钢异种钢焊接接头中，存在碳迁移倾向。虽然采用镍基焊材后，能降低了碳自耐热钢一侧向焊缝中的转移，但通过循环加热过程使碳迁移速度大大加快。已运行接头贝氏体钢侧靠近熔合线处会形成低硬度的脱碳区，相应焊缝中出现增碳硬化区，经过长期运行后，贝氏体钢侧熔合线冲击值及性能会较低。在焊缝熔合线附近区域应力水平较高，与机组运行中的交变热应力、炉管内气流波动引起的振动应力等相叠加，使焊接接头的熔合线附近受到了应力幅值较高的交变载荷的作用而产生的低周疲劳并导致失效。该类焊接接头的失效发生的时间主要和原始焊口的焊接工艺控制、焊接接头质量、运行中的温度和应力水平等有关。

四、结论与处理措施

4.1结论

此次末级过热器泄漏是典型的奥氏体钢与贝氏体（珠光体）耐热钢异种钢焊口在贝氏体钢侧熔合线处发生的早期失效。

4.2处理措施

对#1、#2锅炉同类型异种钢焊口进行全面检查。检查方法可利用射线检测和超声波检测相结合的办法，检测过程中应采取相应技术措施和工艺，保证检验对裂纹的检出率。

在处理过程中，准备带异种钢焊口的短管，保证现场更换中避免异种钢的焊接，以保证焊接质量。如情况允许为从根本上防止再次发生类似问题，可通过技术改造将末级过热器所有G102/TP347H焊口进行更换。

作者简介：唐明一，男，汉族，湖南湘潭人，锅炉工程师。