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1、中國(guó)電力()除氧煤倉(cāng)間鋼結(jié)構(gòu)裂紋成因分析及防范措施causeanalysisandprecautionsoncracksofsteelstructuresofdeaeratorandcoalbunkerbay郝曉軍1,李中偉1,郭立峰2(1.河北省電力研究院,河北石家莊050021;2.華能石家莊分公司,河北井陘050310)摘要:分析了某發(fā)電廠(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的原因,提出了有針對(duì)性的解決措施,取得了較好的效果。關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);裂紋;解決措施abstract:whycracksshouldtakeplaceinmanufacturingprocedureandhowtosolvethi
2、sproblemarediscussed.thesesolutionshavegoodeffects.keywords:steelstructure;cracks;solvingmeasures.河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司一期2600mw工程主廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)由三門(mén)峽水工機(jī)械廠(chǎng)承制。2001年底,監(jiān)造人員在制作現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)除氧煤倉(cāng)間鋼結(jié)構(gòu)部分立柱和梁、撐焊接接頭部位存在裂紋缺陷。這一情況立即引起了業(yè)主和監(jiān)理單位的重視,要求廠(chǎng)家對(duì)這批構(gòu)件進(jìn)行全面復(fù)檢,保證主要承載焊縫100%超聲檢驗(yàn)(ut)、全部焊縫100%磁粉檢驗(yàn)(mt)。在檢查過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)在鋼柱的焊接接頭部位普遍存在裂紋,且大部分裂紋在接頭的熱影響
3、區(qū)、熔合線(xiàn)等薄弱位置。此次復(fù)檢共檢查柱子39根,發(fā)現(xiàn)裂紋100余條,裂紋產(chǎn)生的位置絕大部分在柱子筋板與腹板、翼板的連接焊縫位置。典型裂紋的位置和形態(tài)見(jiàn)圖1。1裂紋產(chǎn)生的原因除氧煤倉(cāng)間鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材為q345c低合金鋼,進(jìn)廠(chǎng)原材料經(jīng)過(guò)廠(chǎng)家嚴(yán)格的各項(xiàng)復(fù)檢,化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿(mǎn)足gb/t15911994低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的要求,詳見(jiàn)表1、表2。在正常情況下該鋼種可焊性良好,不易產(chǎn)生焊接裂紋?,F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的裂紋多數(shù)分布于焊接接頭的熱影響區(qū)和熔合線(xiàn)附近,且具有延遲性,由此可以斷定此種裂紋為焊接冷裂紋中的延遲裂紋。裂紋產(chǎn)生的主要原因分析如下。1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理由于柱子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有重視焊接方面的因素
4、,起增加剛度作用的筋板在設(shè)計(jì)中保留數(shù)量過(guò)多、過(guò)于密集,造成局部區(qū)域焊縫密度過(guò)大;同時(shí),在筋板與腹板、筋板與翼板、筋板與工字梁主角焊縫間的交叉部位,未按照要求倒角。上述因素使得焊接時(shí)這些部位的拘束應(yīng)力過(guò)大,而拘束應(yīng)力大是產(chǎn)生冷裂紋的重要原因之一,這就大大增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。1.2焊接施工現(xiàn)場(chǎng)條件較差由于該批桿件工期很緊,同時(shí)受廠(chǎng)家施工條件所限,部分柱子是在露天環(huán)境下施焊的,生產(chǎn)過(guò)程中遭遇大風(fēng)和雨雪的影響而未采取有效的防護(hù)措施,在低溫、潮濕的環(huán)境下施焊促使裂紋產(chǎn)生。1.3焊接工藝制定和執(zhí)行不完善1.3.1焊接時(shí)沒(méi)有進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后緩冷dl5007-1992電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(火力發(fā)電
5、廠(chǎng)焊接篇)第5.0.1條規(guī)定:低合金鋼焊接時(shí)允許的最低環(huán)境溫度為10。由于是在冬季施工,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度很低(最低達(dá)1215),材料淬硬傾向增大;由于焊后未進(jìn)行保溫,焊縫金屬冷卻速度很快,使焊縫中更容易出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織;同時(shí),因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理,導(dǎo)致焊縫區(qū)殘余應(yīng)力很大,從廠(chǎng)家做的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),焊縫區(qū)的最大殘余應(yīng)力達(dá)400mpa,已達(dá)到材料的屈服極限,在這樣的殘余應(yīng)力作用下焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形,當(dāng)變形量超過(guò)材料的極限時(shí)產(chǎn)生裂紋。1.3.2焊材及環(huán)境中氫的作用在現(xiàn)場(chǎng)施焊中沒(méi)有對(duì)焊條進(jìn)行嚴(yán)格的烘干和保溫,導(dǎo)致了焊條藥皮中的水分較高;同時(shí)由于在雪天露天施焊,空氣濕度很大,這些都會(huì)提高焊縫中氫的
6、含量;另外在坡口加工過(guò)程中沒(méi)有把坡口附近的鐵銹、油污清理干凈,鐵銹、油污中所含的氫滲入焊縫。上述因素造成焊縫金屬中氫的聚集,成為冷裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展的一個(gè)重要原因。通過(guò)以上分析可以看出,由于各種措施不得當(dāng),使得焊縫中形成淬硬組織、含氫量高;同時(shí)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)又造成焊接接頭部位很大的拘束應(yīng)力,在這些因素的共同作用下,產(chǎn)生了焊接冷裂紋。2防止裂紋產(chǎn)生的措施2.1焊前預(yù)熱、焊后緩冷焊接前,對(duì)焊接坡口及周?chē)鷧^(qū)域用氧-乙炔火焰或遠(yuǎn)紅外加熱器加熱到100150,采用紅外點(diǎn)溫儀保證加熱溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。焊后,用石棉保溫緩冷。2.2改善施工現(xiàn)場(chǎng)條件保證焊接過(guò)程都在室內(nèi)進(jìn)行,防止大風(fēng)和雨雪帶來(lái)的不利影響。2.3嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程的要求保管和使用焊材生產(chǎn)中所用的全部焊條使用前應(yīng)在保溫箱內(nèi)按規(guī)定的溫度、時(shí)間加熱保溫;現(xiàn)場(chǎng)使用的焊條應(yīng)放置在保溫筒內(nèi),隨用隨取。焊劑在使用前也應(yīng)全部烘培,去除水分、保持干燥。坡口加工后應(yīng)將坡口及附近的鐵銹、油污和火焰切割后割口表面的氧化物、熔渣、飛濺物等清除干凈,直至露出金屬光澤。清理范圍按有關(guān)規(guī)程要求進(jìn)行。3結(jié)論采取以上針對(duì)性措施后,在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)新制作柱子的焊接質(zhì)量進(jìn)行了全面檢查,包括對(duì)主要承重焊縫100超聲檢驗(yàn)、所有焊縫100目視及
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