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蒸汽冷却器作为一种换热器,能够提高电站机组燃煤利用率,改善热经济性。蒸汽冷却器属三类压力容器,危险系数较高,一旦发生泄漏、爆炸等事故,会造成不可估量的严重后果。因此提高压力容器焊接技术水平,保证焊接质量,加强质量控制,有着十分重要的意义。裂纹于蒸汽冷却器封头与人孔锻管接头封头侧焊趾处启裂,在封头侧扩展为宏观裂纹,长度约50 cm。本文利用电子显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪、硬度测试及焊接数值模拟等分析测试手段,从材料、工艺和应力等方面对裂纹进行分析,并提出了产生裂纹的主要原因,优化和改进了焊接工艺及措施,保证了焊接质量,为设备的安全运行提供了质量保障。封头所用材料为13MnNiMoR钢,锻管所用材料为20MnMoNb钢,成分复验表明两者化学成分均符合标准要求。封头母材的金相组织为铁素体十回火索氏体,晶粒度为5.5-6级,锻管母材的金相组织为铁素体+珠光体,晶粒度为7.5-8级。焊缝金属的金相组织为先共析铁素体+针状铁素体,受后道焊接再热影响后,部分焊缝组织发生转变,其组织为铁素体+粒状贝氏体;在封头侧热影响区,过热区组织为晶粒粗大的板条马氏体+贝氏体,晶粒度为4.5-5级。封头母材的硬度为210 HV10;裂纹启裂所在第17道焊缝金属硬度为242～245 HV10,熔合线处硬度达到387～425HV10,过热区硬度值达到最高值433 HV10,正火区硬度为249 HV10。前道焊缝受再热影响,硬度整体下降,焊缝金属硬度为221～227 HV10,熔合线、过热区及正火区硬度分别为242～272 HV10、309 HV10及249～250 HV10。裂纹于第17条焊道封头侧焊趾处启裂,前后产生多条内部裂纹,汇入、形成了工件表面的主裂纹,主裂纹沿着平行于焊缝斜向下的方向扩展;启裂区裂纹穿过马氏体晶粒开裂;裂纹的断口匹配面吻合较好,裂纹扩展至封头表面时出现1 mm的剪切唇;在裂纹的启裂区和扩展区断口形貌属准解理断口,剪切唇断口的微观形貌为标准的韧窝断口,符合冷裂纹断口特征;在母材、裂纹及断口中广泛分布着以Fe为基体的金属球状物,与母材的结合强度较大。在熔合区发现多处未熔合缺陷,且焊缝向母材过渡不圆滑;焊趾附近表面残余应力分布表明,在焊趾处环向拉应力为491 MPa,轴向拉应力为306.3 MPa,径向拉应力为76 MPa,符合裂纹沿轴向、环向开裂的走向。过热区粗大的板条马氏体组织严重降低了焊接接头的抗裂韧性;焊接接头最高硬度值超过标准规定值118 HV10,焊接接头抗裂韧性较差;广泛分布的金属球状物严重恶化了母材应有的力学性能;较高的焊接残余应力为裂纹的开裂提供了动力。在几个因素共同作用下,导致了淬硬脆化裂纹的产生。针对裂纹产生的原因,提出了包括调整工艺参数、严格执行焊接规程工艺、保证热处理的正确执行、改进坡口形状及严格原材料质量控制等防止措施。