除氧煤仓间钢结构裂纹成因分析及防范措施
Cause Analysis and Precautions on Cracks of Steel Structures of
Deaerator and Coalbunker Bay
郝晓军1，李中伟1，郭立峰2
（1.河北省电力研究院，河北 石家庄050021；
2.华能石家庄分公司，河北 井陉050310）
摘 要：分析了某发电厂钢结构制造过程中产生裂纹的原因，提出了有针对性的解决措施，取得了较好的效果。
关键词：钢结构；裂纹；解决措施
Abstract：Why cracks should take place in manufacturing procedure and how to solve this problem are discussed. These solutions have good effects.
Keywords：steel structure；cracks；solving measures.
河北国华定洲发电有限责任公司一期2×600 MW工程主厂房钢结构由三门峡水工机械厂承制。2001年底，监造人员在制作现场发现除氧煤仓间钢结构部分立柱和梁、撑焊接接头部位存在裂纹缺陷。这一情况立即引起了业主和监理单位的重视，要求厂家对这批构件进行全面复检，保证主要承载焊缝100%超声检验（UT）、全部焊缝100%磁粉检验（MT）。在检查过程中，发现在钢柱的焊接接头部位普遍存在裂纹，且大部分裂纹在接头的热影响区、熔合线等薄弱位置。此次复检共检查柱子 39根，发现裂纹100余条，裂纹产生的位置绝大部分在柱子筋板与腹板、翼板的连接焊缝位置。典型裂纹的位置和形态见图1。
1裂纹产生的原因
除氧煤仓间钢结构所用钢材为Q345C低合金钢，进厂原材料经过厂家严格的各项复检，化学成分和力学性能均满足GB/T 15911994《低合金高强度结构钢》的要求，详见表1、表2。
在正常情况下该钢种可焊性良好，不易产生焊接裂纹。现场发现的裂纹多数分布于焊接接头的热影响区和熔合线附近，且具有延迟性，由此可以断定此种裂纹为焊接冷裂纹中的延迟裂纹。裂纹产生的主要原因分析如下。
1.1结构设计不尽合理
由于柱子结构设计过程中没有重视焊接方面的因素，起增加刚度作用的筋板在设计中保留数量过多、过于密集，造成局部区域焊缝密度过大；同时，在筋板与腹板、筋板与翼板、筋板与工字梁主角焊缝间的交叉部位，未按照要求倒角。上述因素使得焊接时这些部位的拘束应力过大，而拘束应力大是产生冷裂纹的重要原因之一，这就大大增加了裂纹产生的可能性。
1.2焊接施工现场条件较差
由于该批杆件工期很紧，同时受厂家施工条件所限，部分柱子是在露天环境下施焊的，生产过程中遭遇大风和雨雪的影响而未采取有效的防护措施，在低温、潮湿的环境下施焊促使裂纹产生。
1.3焊接工艺制定和执行不完善
1.3.1焊接时没有进行焊前预热和焊后缓冷
DL 5007- 1992《电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇）》第5.0.1条规定：低合金钢焊接时允许的最低环境温度为 10 ℃。由于是在冬季施工，现场环境温度很低（最低达12～15 ℃），材料淬硬倾向增大；由于焊后未进行保温，焊缝金属冷却速度很快，使焊缝中更容易出现淬硬的马氏体组织；同时，因为没有进行焊后消除应力热处理，导致焊缝区残余应力很大，从厂家做的试验发现，焊缝区的最大残余应力达400 MPa，已达到材料的屈服极限，在这样的残余应力作用下焊缝金属产生塑性变形，当变形量超过材料的极限时产生裂纹。
1.3.2焊材及环境中氢的作用
在现场施焊中没有对焊条进行严格的烘干和保温,导致了焊条药皮中的水分较高；同时由于在雪天露天施焊，空气湿度很大，这些都会提高焊缝中氢的含量；另外在坡口加工过程中没有把坡口附近的铁锈、油污清理干净，铁锈、油污中所含的氢渗入焊缝。上述因素造成焊缝金属中氢的聚集，成为冷裂纹产生与扩展的一个重要原因。
通过以上分析可以看出，由于各种措施不得当，使得焊缝中形成淬硬组织、含氢量高；同时复杂的结构又造成焊接接头部位很大的拘束应力，在这些因素的共同作用下，产生了焊接冷裂纹。
2防止裂纹产生的措施
2.1焊前预热、焊后缓冷
焊接前，对焊接坡口及周围区域用氧-乙炔火焰或远红外加热器加热到100～150 ℃，采用红外点温仪保证加热温度在规定的范围内。焊后，用石棉保温缓冷。
2.2改善施工现场条件
保证焊接过程都在室内进行，防止大风和雨雪带来的不利影响。
2.3严格按照有关规程的要求保管和使用焊材
生产中所用的全部焊条使用前应在保温箱内按规定的温度、时间加热保温；现场使用的焊条应放置在保温筒内，随用随取。焊剂在使用前也应全部烘培，去除水分、保持干燥。 坡口加工后应将坡口及附近的铁锈、油污和火焰切割后割口表面的氧化物、熔渣、飞溅物等清除干净，直至露出金属光泽。清理范围按有关规程要求进行。
3结论
采取以上针对性措施后，在现场对新制作柱子的焊接质量进行了全面检查，包括对主要承重焊缝100％超声检验、所有焊缝100％目视及磁粉检验，发现焊缝外观质量得到了很大提高；同时未发现焊缝表面裂纹缺陷和焊缝内部超标缺陷。经过数天的放置之后再次进行检查，也未发现延迟裂纹出现。因此，可以确定上述对裂纹产生的原因分析准确，所采取的防范措施效果良好。
