(神华河北国华沧东发电有限责任公司 河北省沧州 061113)
[摘 要]：对神华河北国华沧东发电有限责任公司海水淡化管道焊口裂纹通过性能分析，成分确定，结合新型奥氏体不锈耐热钢（TP316）工艺制订合理、可靠的焊接工艺，进行彻底治理焊口裂纹，保证设备使用要求。
[关键词]：TP316钢、预热、合金含量、应力腐蚀、氯离子和氧离子
一、概况：我公司濒临渤海，利用四台机组抽汽，采用海水淡化工艺技术制取淡水，现有４台海水淡化设备，日产水量５万吨，在满足电厂自用淡水需求的同时，实施“水电联产”，向渤海新区供应淡水，从第一台设备投产至今已有９年了，随着设备的老化逐渐暴露出问题，特别是管道焊口表面的发生裂纹导至设备泄漏、停运。缺陷产生部位：大管多处于焊口热影响区；小管多处于焊口中心。如图：
3#海淡二级喷射冷凝器筒体焊口 除盐水泵出口短节焊口
这些缺陷造成设备停止运行，影响了制水。在处理缺陷的过程中从焊缝外观、裂纹情况及合金成分推断是焊接工艺不正确，改变了金属组织，再加上管内介质、应力加速了焊口的开裂。下面进行分析，查找原因，消除缺陷。
二、海淡设备使用的钢材性能分析
2.1钢材成分和物理性能
TP316（0Cr17Ni12Mo2）钢是奥氏体不锈耐热钢，钢中含有2－3%的钼细化了晶粒，对各种有机酸、无机酸、碱、盐类的耐腐蚀性及耐点蚀性显著提高，在海水中耐蚀性显著提高。
其热导率是碳钢的三分之一，电阻率是碳钢的５倍，线胀系数是碳钢的1.5倍，这些物理性质导致其传热慢，膨胀大，导电性能低。
2.2裂纹产生原因分析：
2.2.1焊接性能方面：
2.2.1.1 TP316钢的物理特性使其焊接时散热慢，膨胀变形大。如果为便于操作焊接时使用大电流最终导致焊接接头的拘束程度增加，熔池长时间处于空气中使氢大量溶于焊缝中，易产生延迟裂纹。
2.2.1.2 TP316钢焊接接头的韧性：TP316钢含有2－3%的Mo元素，但在裂纹附近焊口Mo含量不足1%，这证明在焊接过程中元素烧损蒸发了，导致焊口晶粒粗大，致使接头韧性恶化、抗海水腐蚀能力下降。
2.2.1.3б相脆化：奥氏体型不锈钢焊接工艺不当导致焊后б相脆化和475℃脆化。产生的主要原因就是焊后焊缝温度长时间处于370-540℃附近使Fe-Cr合金分解为低铬浓度的a固溶体所致。使焊口韧性显著下降在应力集中特别是设备振动承受动载荷时极易产生细小裂纹，最终焊口开裂。
2.2.2应力腐蚀产生的因素主要有：
2.2.2.1介质因素：整个海淡设备管内流动的介质多为海水，氯离子和氧离子的浓度高。产生应力腐蚀的几率成倍增加。
2.2.2.2应力因素
焊接残余应力越低，应力腐蚀破坏的速度越缓慢，所以在制定焊接工艺时应将减小焊接残余应力的措施考虑在内。
2.2.2.3冷变形因素 强制对口焊缝对应力腐蚀破坏的敏感度增加。
2.2.2.4化学成分因素：TP316钢中Mo元素主要作用细化晶粒进一步提高钢材抗腐蚀性，但其本身极易烧损，又无法像Cr、Ni元素从焊材中大量获得，在选焊材和工艺制定时充分考虑。
2.3关于焊接不锈钢的预热说明：
不锈钢类焊接一般情况下认为不进行预热，预热导致晶间腐蚀。正确理解应该是环境温度低于0℃，焊前进行50－80℃低温预热，有利于氢的逸出，降低淬硬倾向。
三.焊接工艺：
3.1人员资质：
3.1.1具有相同材质的不锈钢焊接操作证书；
3.1.2强化工艺纪律，严格格执行作业指导书；
3.1.3焊前对焊工进行必要的考核，合格后方可进行操作。
3.2选择合适的焊接设备
交流电比直流电焊接时药皮容易发红，熔深浅，电弧不稳，所以手工电弧焊时尽可能采用直流电源。
3.3操作工艺：
3.3.1焊前处理：焊前用机械的方法将焊口及四周10～15mm范围内的铁锈、污物等打磨干净至露出金属光泽。
3.3.2坡口制备：选择合理的焊接接头，Ｖ型坡口单侧角度为25°~28°，尽量减少坡口面积否则填充量过大易使焊缝金属过热，晶粒粗大。焊前采用丙酮或酒精擦洗，以防止氯离子的污染。
3.3.3，合理布置焊缝，两焊口间距在100mm以上，不能使相邻两焊口焊接热影响区重叠，避免采用十字焊缝。
3.3.4不锈钢焊接，采用电焊盖面时需要使用防飞溅剂或石灰水粉刷焊缝两侧防止焊接飞溅产生点腐蚀，如果条件允许建议采用全氩弧焊。
3.3.5焊前预热：如果在负温度下焊接，要进行预热，要预热至30－80℃左右；在环境温度达不到10℃时同时环境湿度超过75℅时，也要进行适当预热，预热20℃至30℃。
3.3.6采用小的焊接线能量即小电流――同样焊条直径焊接电流比碳钢焊条小20%左右，一般取焊条直径的25~30倍即可，较快的焊接速度7~12cm/min，焊道最宽为焊条直径的2.5倍，多层多道焊接，有利于减小焊接残余应力。
3.3.7不强制对口。以减小焊接接头的外加应力。
3.3.8温度控制：在焊接过程中严格控制层间温度在60℃以下。焊后最好采用喷水降温的强制冷却方法，加快冷却速度，避免在370-540℃附近的停留时间，防止发生晶间腐蚀和热裂纹。
四、焊后处理
4.1表面抛光：表面越光滑抗腐蚀性越好，细光的表面能产生一层致密的氧化膜保护金属，所以对焊缝表面及周围的凹坑、飞溅等打磨干净。
4.2表面钝化处理：对于重要的管道，如发生器等焊后进行酸洗钝化，形成一层人工氧化膜保护金属。
4.3对于结构复杂的压力容器、管道焊后为避免应力腐蚀需要进行低于350℃消除应力退火。
五、结语
我公司海淡设备主要介质是海水，氯离子和氧离子的浓度含量较高，部分焊缝经过一段时间运行后随着应力的释放和晶间腐蚀造成焊缝或热影响区开裂，其主要原因对新型钢材仍沿用早期的工艺标准执行，因此除认真理解一直以来对新型奥氏体不锈耐热钢（TP316）工艺上误读外，在处理缺陷时要求严格执行以上的工艺措施。对管道焊缝的开裂处彻底处理后，经光谱确定，焊缝Mo元素含量均在2%以上，焊缝成分与母材相当。部分处理后的焊口已运行一年以上，焊缝无异常，设备运行稳定。
作者简介：
于长江 1974-10-05男 吉林省白山市 职称：焊接高级技师，主要研究方向现场焊接、热处理及金属检验工作
窦学民 1971-12-30男 天津市宝坻区 职称：焊接高级技师，主要从事现场焊接及热处理工作
论文作者:于长江,窦学民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
标签：应力论文; 裂纹论文; 设备论文; 耐热钢论文; 奥氏体论文; 晶粒论文; 焊条论文; 《电力设备》2018年第13期论文;