1000MW锅炉T23钢水冷壁裂纹分析.pptVIP

超超临界1000MW塔式锅炉T23钢 水冷壁裂纹原因分析 赵建仓 苏州热工研究院电站焊接技术研究所 2009.7 T23钢水冷壁组件裂纹情况概述 塔式超超临界锅炉整体外观 典型泄漏处形貌 T23钢的焊接性能 T23钢的的焊接性能比其前身T22/P22、钢102优越。T23钢对冷裂纹的敏感性较低；有一定再热裂纹倾向；但热裂纹倾向很小。 T23钢高温性能 T23钢的许用应力在540~580℃时是T22钢的1.8倍左右，是12Cr1MoV钢的1.3倍左右，与我国的钢102的许用应力相当（小于570℃时，其许用应力比钢102高近8%；大于570℃时，T23钢不如钢102），使用温度高达620℃。在540℃时，其许用应力与T91钢相当，随着温度的升高逐渐低于T91钢，其强度在490~525℃之间时高于T91钢。 T23钢高温下0.2屈服强度 T23钢高温下抗拉强度 T23、T22、T91的基本许用应力值比较 水冷壁组件T23钢材料及性能分析 T23钢水冷壁构件结构残余应力测试——测试方法 小孔释放法只需要在工件表面钻取一个孔径和孔深都为2mm的小孔，对构件损伤很小，不像普通机械切割测量方法那样具体较大的破坏性；另一方面，小孔法的测量精度较高，因为小孔法的测量理论可靠，传统力学可直接求解，测量结果有较高的可信度。基于上述考虑，本研究采用了小孔法进行焊接残余应力的测定。 T23钢水冷壁构件结构焊接残余应力测试 测试内容 对锅炉的对应位置进行焊缝残余应力测试，现场测试情况如图所示。测试位置选择了出现泄露较多的40m~70m标高区间，共选择两处标高，分别为49m标高和59m标高位置进行应力测试。在49m标高选择拐角过渡梁焊缝处2个测点，直段过渡梁焊缝上2个测点；59m标高处选择了拐角过渡梁焊缝上2个测点；本次测试共检测了6个测点位置的焊接残余应力状况。 现场水冷壁残余应力现场测试情况 T23钢水冷壁构件结构焊接残余应力测试 测点分布 表10 59m高程测点残余应力测试结果 测试结果 从测试结果看，6个测点的应力水平普遍偏高，最高的2号测点最大应力达387MPa，已经接近T23钢的材料屈服极限，5号测点也达到了352MPa。应力值最小的测点是4号测点，为118MPa。其余测点的最大主应力值在 200MPa-300MPa之间浮动，可见所测点应力值均偏高。 （1）水冷壁与刚性过渡梁角焊缝位置的应力水平较高，最大测点处接近材料的屈服极限，其余测点应力大小分布于200MPa-300MPa左右。 （2）焊接接头应力水平与焊接结构拘束度较高有密切关系，而焊后未热处理使得峰值应力难以缓解。 （3）力学因素是水冷壁焊接接头产生裂纹或泄漏的主要影响因素，较高的应力水平和应力集中容易诱发焊缝及焊缝附近区域产生裂纹或泄漏等。 结果分析 T23钢水冷壁构件结构焊接残余应力测试 T23钢水冷壁构件结构现场硬度测试 焊缝硬度测试位置 现场硬度测试焊缝位置与焊接残余应力测点相同。选择相同测点的目的，是为了将水冷壁应力分布情况与焊接接头的硬度联系起来，综合分析裂纹产生与残余应力分布情况以及焊接质量之间的关系。 （1）鳍片与管子的角焊缝处母材和焊缝硬度处在较低水平，其中T23管子母材的硬度均分布在HB130-HB140左右（而DL438的硬度控制范围HB150-HB220，现场测量值存在一定偏低），而与鳍片焊缝处的硬度大多分布在HB200-HB220之间。 （2）结合残余应力测试的结果，虽然测点2及测点5的残余应力较高，最高的2号测点最大应力达387MPa，已经接近T23钢的材料屈服极限，但是这两个测点的硬度并没有出现明显增大的情况。这一现象说明水冷壁裂纹或泄漏的产生与水冷壁整体结构应力水平较高及焊接结构拘束度较大有更为密切关系，而由于T23钢焊接接头淬硬组织导致水冷壁裂纹的关联度较低。 #5炉裂纹现场取样裂纹试样分析 #5炉左水冷壁102m外侧（背火面，制造厂焊缝）漏点位置 #5炉裂纹现场取样裂纹试样分析 金相结果表明，泄漏管向火面的组织为贝氏体，晶粒度为3-5级，含裂纹的背火面组织有混晶特征，晶粒度为3~8级。该处母材金相组织存在晶粒粗大和严重混晶现象，而在取样直管母材金相检验中并未发现此现象，因此可以认为该批水冷壁用T23管子存在一定的质量不稳定现象，但这与本次水冷壁大量出现泄漏无直接关系，它可能会影响使用寿命的长短。硬度检测结果表明，母材硬度处在正常范围，但所取焊缝硬度值均在较低水平，无明显存在淬硬组织现象。 裂纹在水冷壁管背火面，主裂纹起源于焊缝与母材夹角，从外壁粗晶区向内进行扩展，裂纹尖端位于细晶区。主裂纹较宽，宏观发展方向同结构应力方向一致。但沿熔合线的粗晶区存在晶界弱化现象，晶