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南通电控500KV变压器油箱运行后焊缝裂纹问题分析（上海电气阿尔斯通临港变压器有限公司）质量部摘要：分析了该台500KV变压器油箱产生裂纹的原因，并提出了处理方法。关键词：变压器油箱；焊接裂纹一前言变压器油箱是保护变压器器身的外壳和盛油的容器，又是装配变压器外部结构件的骨架，同时通过变压器油将器身损耗所产生的热量以对流和辐射方式散至大气中。作为盛油容器，变压器油箱不允许因焊接缺陷或密封效果不好所产生的渗漏油存在，它包括两方面的含义：一是所有钢板材料和所有焊线均不得渗漏，这决定于钢板材质、焊接工艺规范和焊接结构设计；二是机械连接的密封处不得漏油，这决定于密封材料的性能和密封结构的合理性。（本文主要分析阐述油箱焊接裂纹的产生及预防措施）。二焊接裂纹产生的原因1、焊接裂纹发生位置外部：焊接裂纹处内部：焊接裂纹处图1油箱内部图2油箱外部图3油箱裂纹处示意图2、焊接应力对裂纹产生的影响2.1焊缝交叉、应力集中通过以上例图可以看出，裂纹发生在油箱加强筋顶部与箱盖结合位置，内部为电屏蔽与箱壁连接焊缝，处于加强筋、箱壁、箱盖、电屏蔽四者结合区域，该区域由于焊缝交叉，内外连续出现两处搭接丁字型接头，因此焊缝冷却后，焊缝及周边组织形成了较为严重的应力集中区。2.2所用材料种类、厚度油箱裂纹产生区域是由加强筋（热轧H型钢Q235δ12）、箱壁（Q235δ10）、箱盖（Q345δ20）、电屏蔽（T2纯铜板δ10）几种不同厚度的材料组焊而成,由于材料厚度、材质不同，因此焊接后，各部分连接焊缝组织中所承受的应力严重不均衡。2.3焊接顺序及焊接方法上节油箱主体焊接顺序：箱壁与加强筋焊接（H型钢）箱壁与箱盖焊接喷丸、涂底漆油箱内部磁屏蔽、电屏蔽焊接。焊接方法：油箱箱壁、加强筋组装焊接，采用CO2半自动气体保护焊；油箱箱壁、箱盖组装焊接，采用手工CO2气体保护焊或手工电弧焊；磁屏蔽焊接，采用手工电弧焊；电屏蔽（T2纯铜板）焊接，采用钨极Ar氩弧焊。油箱焊接顺序、焊接方法及焊缝熔深、各部分焊缝受热面积、冷却速度等不同，因此各焊缝内部组织所承受的应力差异非常大。3、焊缝内部组织变化对裂纹的影响3.1裂纹区域先后几次加热和冷却，一是加强筋与箱壁焊接；二是箱壁与箱盖组装焊接（内外两道焊缝）；三是内部电屏蔽与箱壁的焊接，通过反复几次局部加热和冷却，使得该焊缝区域晶粒变得粗大，机械性能明显下降，特别是塑性、耐蚀性。3.2箱壁板厚为10mm，加强筋与箱壁焊缝熔深超过2mm，内部电屏蔽与箱壁焊缝熔深超过3mm，整体焊接熔深超过了箱壁的一半，特别是电屏蔽采用氩弧焊焊接，焊接温度高，热影响区大，加上电屏蔽（T2铜板）具有比碳钢高7～11倍的导热性，焊缝及周边区域快速加热到很高的温度，使得该区域焊缝及周边组织晶粒随之变得粗大。3.3油箱由不同钢种焊接而成，焊缝冷却后形成多种不同的结晶组织，局部区域会形成一些如“高碳马氏体、上贝氏体、侧板条铁素体”等脆硬组织。3.4焊接时焊缝中杂质的渗入，加上熔池冷却速度过快，熔池内氢、氧能完全排出，特别是氢的存在增加了焊缝延迟裂纹形成的可能。4、材料对裂纹产生的影响4.1钢板材质碳当量不均衡，局部区域含碳量可能偏高，特别是边缘部分有可能会产生脆化组织；4.2钢板通过火焰切割、剪切等下料过程后，由于切口附近金属受温差、剪切、挤压力等作用，边缘金属硬化，使材料屈服强度提高，而塑性下降，边缘变得脆硬。5、密封试验与无损检测未发现裂纹的原因油箱先后经过了供应商处的密封试漏、保压试验、焊缝的PT探伤，试验前的静放，均未发现裂纹存在。原因：1）该部位焊缝组织虽经过反复加热、冷却，受到应力、脆化等不利因素的影响，内部组织遭到一定破坏，但尚未到达焊缝开裂的能力和时限；2）该裂纹属于冷裂纹，它产生具有一定的时效性，这种裂纹是焊缝接头冷却到室温后在一定时间（几小时、几天、十几天或更长）才能出现，也可称为“延迟裂纹”。综上所述，裂纹产生主要是因焊接引起，因此可以定义为“焊接裂纹”。由于钢种、厚度、焊接工艺、冷却条件、碳当量及焊缝组织晶粒结构、化学成分变化等绪多因素，使得裂纹区域焊缝及周边金属组织晶粒变得粗大，塑性降低，出现脆化现象。当变压器在投入运行一段时间后，焊缝及周边组织最薄弱部位在应力等的作用下，出现焊接失效而产生裂纹、渗漏。三、预防及改进措施1、设计上改进油箱结构设计时，结构布局尽量合理，减少焊缝交叉、重叠，同时减少和避免丁字焊缝、十字焊缝的出现。2、科学合理的焊接工艺规范1）正确选用焊接设备、电源、电流及焊接方法；2）正确选用焊条，并按规定进行烘干处理（烘干后放入保湿筒，随用随取）；3）焊前仔细清理焊接及周围区域，清除油、锈、水分等物质，焊接时严格控制氢、氧等有害气体对熔池的侵入；4）选择合理的线能量，改善热影响区的组织状态；3、焊后消除应力处理方法1）振动时效处理通过激振器在油箱应力集中部位施加机械振动，以振动的形式给油箱施加附加应力，当振动应力与残余应力叠加以后作用于焊接接头，在激振器的周期性外力（激振力）的作用下，使构件共振，金属原子错位和晶格滑移，从而将残余应力释放，降低和均化焊缝内部应力的方法。2）局部加热减应法（局部高温回火）油箱是大型焊接结构件，整体加热困难，同时会带来严重变形，但在合理的条件下可以对局部进行加热，这个加热部位叫“减应区”，在焊接后，选择适当部位加热，使焊缝与周边金属同时加热，共同膨胀，同时冷却。缩小了焊缝与周边金属温差问题，抵消焊缝区域自由收缩，减少了焊缝中残余应力的存在。3）锤击法焊接完毕后（焊缝未完全冷却之前），用锤子对焊缝应力集中区域及周边金属进行敲击，使振动应力与焊缝中残余应力形成共振，可抵消焊缝中存在的部分应力。（激振时效处理技术就源此）。其它消除焊接应力的方法还有：整体高温回火、局部高温回火、机械拉伸法、温差拉伸法、自然时效法、时效振动法等。对变压器油箱，以上方法中最适宜的是时效振动法和局部高温回火法。4、焊缝检测当前，供应商及阿海珐工厂内对变压器油箱焊缝检测方法主要有三种形式：1)对油箱进行气压密封试验；2)UT（超声波探伤）检测，针对油箱上平面对接全焊透焊缝；3)PT（着色探伤）检测，检查油箱所有密封焊缝和千斤顶、吊攀。以上油箱裂纹部位经过气压密封试验和PT探伤，均未发现有焊接裂纹等缺陷存在。由此可见裂纹的产生具有一定延时性。为了更有效检测焊缝中存在的缺陷，下面再介绍一种无损检测方法：MT（磁粉探伤）原理：用磁粉探伤设备对焊缝产生磁化作用，使得焊缝表面和近表面的焊接缺陷产生磁感应，通过焊缝表面的磁粉显现出来。优点：1）成本低，操作简单；2）磁粉探伤灵敏度很高，可检测微米级宽度的缺陷。磁粉和着色探伤的区别：MT（磁粉检测）：检测焊缝表面和近表面缺陷；PT（着色探伤）：检测焊缝表面开口缺陷。在油箱焊缝检测过程中，以上几种方法配合使用，会达到更理想的效果，能更有效保证油箱焊接质量。当然，要提高变压器油箱整体焊接质量，从油箱的结构设计、材料保证、合理的焊接工艺、素质良好的操作人员等都密不可分…...。（本文仅作为参考，欢迎同仁们多提宝贵意见）马力2010-9-10