主蒸汽管道热电偶套管焊缝开裂原因分析

　　2007年12月28日,河南省某发电有限责任公司1号机组东侧主汽阀前第1根热电偶套管从管座中飞出,造成1号机停运。在打磨检查东侧主汽阀前第2根热电偶套管时(2007年12月17日曾发生过泄漏且临时补焊过)发现,热电偶套管脱落(图1~图5)。

　　主蒸汽管道材质为A335P91,规格为d333.05mm×30 mm,热电偶材质为0Cr18Ni9Mo2Nb。对2根热电偶套管进行了光谱检查,化学成分如下:

　　第1根热电偶套管样:Cr:17.4%,Ni:11.5%,

　　Mo:2.5%,Ti:0.4%。焊缝Cr:18.1%,Ni:6.3%,Mo:0.6%。

　　第2根热电偶套管样:Cr:17.6%,Ni:11.7%,Mo:2.5%,Ti:0.4%。焊缝Cr:20.6%,Ni:9.5%,Mo:0.4%。

　　2根热电偶套管材料符合有关标准要求,焊缝所选用焊材符合有关规程要求。

　　从图1~图5可以看出:焊缝沿熔合线部位断裂,焊缝根部均严重未焊满,焊肉从熔池中拔出,焊层清晰可见,并在P91钢主蒸汽管道上留下对应的凹坑,熔深较浅。

　　在第1根热电偶套管焊缝断裂面处取样进行金相检查,结果如图6、图7所示。

　　从图6、图7可以看出,焊缝组织为:奥氏体+δ铁素体,均匀一致,组织正常;焊缝断裂面位于熔合线处,未见明显碳扩散层。

　　热电偶套管材料属于奥氏体类钢(A),主蒸汽管道材料P91属于马氏体类钢(M),两者组成的焊缝属于异种钢接头。由于两边母材的合金成分、组织以及性能不同,因此很难选择相应的焊接材料。并且,两边母材的焊接性能不同,对于热输入也有不同的要求,这样使焊接工艺更为复杂。经分析检查认为焊缝开裂原因如下:

　　(1)焊接工艺不当,没有进行预热和热处理。M+A的焊接必须预热和热处理,否则很容易产生裂纹。因为P91属于马氏体类钢,在空气中冷却就能淬硬,淬火及冷裂倾向很大,可焊性能很差,对热输入很敏感,其焊接后的组织为硬而脆的马氏体组织,厚度很薄,在应力的作用下,很容易沿熔合线处开裂。

　　(2)焊缝根部是应力集中的地方,存在严重的未焊满现象。

　　(3)奥氏体钢和马氏体钢的热膨胀系数不同,蒸汽在管道内流动时将会在熔合线面处产生较高的热应力。

　　(4)机组在运行过程中,热电偶伸进主蒸汽管道内的部分会受到蒸汽的冲击,冲击力会传递到焊缝上产生交变应力。

　　(5)未做焊后热处理,焊接完毕后,焊缝本身存在较大的焊接应力。在热电偶套管焊缝断裂事故中,焊接工艺不当是

　　主要原因,对此按照DL/T 752—2001《火力发电厂异种钢焊接技术规程》的要求,制定出M+A异种钢焊工艺的要点如下:

　　(1)焊接材料宜选用Inconel型的镍基合金焊条或者焊丝,如Inconel82焊丝;