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manbetx998渣油管道焊接裂纹产生的原因及对策

来源:至德钢业 日期:2020-10-14 23:09:02 人气:26

 浙江至德钢业有限公司在炼油厂输送渣油管道更换安装施工中,发现ManBetx道的部分焊道出现了裂纹,为找出裂纹产生的原因,在实验室进行了模拟现场焊接试验,对所用焊条的化学成分进行了分析,认为焊条质量是造成裂纹的主要原因,并通过理论分析说明该裂纹为凝固热裂纹,相应提出了热裂纹的防治措施。


一、问题概述


 浙江至德钢业有限公司在炼油厂炼油装置大检修施工中,我单位承担了输送渣油ManBetx道的更换安装工作。渣油管道工作压力为3MPa,工作温度为300℃,管道规格为D219mm×6mm和D273mm×8mm,材质为0Cr18Ni12Mo2Ti,其化学成分见表。


 该渣油管线所采用焊接工艺如下:


  1. 机械加工坡口,其型式如图所示。


  2. 清除坡口及其附近污物。


  3. 组对点固,沿周向均布3~4点,工艺同打底焊道。


  4. 打底采用手工电弧焊,直流反接,电弧电压为22~24V,焊接电流为55~75A,选用A02242.5焊条,采用单面焊双面成型技术。控制层间温度≤60℃。


  5. 填充及盖面采用手工电弧焊,直流反接,电弧电压为22~24V,焊接电流为80~105A,选用A02243.2焊条,采用多层多道焊工艺,焊条不摆动。


  6. 焊后进行X射线(5%)探伤,达到JB4730Ⅲ级合格。


  7. 焊缝表面进行酸洗钝化处理。


 在ManBetx道焊接过程中,物资供应部提供了相当于A022牌号的SFA5.4E316L-16焊条,此焊条是根据美国焊接协会标准制造的,但在使用中发现部分焊道出现了裂纹。


二、产生裂纹的原因分析


 为找出现场焊接裂纹产生的原因,我们从现场取回一段D273mm×8mm、材质为0Cr18Ni12Mo2Ti的manbetx998无缝钢管,在实验室模拟现场焊接情况进行焊接试验,观察焊接成形和外观质量,在层间着色检查时,发现有3处表面裂纹,所处位置均在焊缝中间,其中2处与焊缝方向平行,长约3mm,1处在收弧处呈星状。


 采用排除法,对影响焊接质量的因素进行逐一剖析。认为焊接工艺正确,管材质量合格,对焊接所使用的E316L-16焊条溶敷金属进行化学元素分析,其结果和标准对照见表。


 经过分析,判定焊条质量是造成裂纹的主要原因。通过表可以看出,焊条熔敷金属中硫、镍元素的含量偏高,而铬的含量已低于标准值,结合焊接试验出现裂纹的实际情况,判断裂纹的性质为热裂纹,其理由如下:


  1. 奥氏体manbetx998具有较高的焊接热裂纹敏感性,热裂纹可分为凝固裂纹(结晶裂纹)、液化裂纹和失延裂纹,这些裂纹均发生在高温状态,常温下不再扩展,而凝固裂纹最容易发生在焊道的中心线上,且与焊缝方向平行,或在焊道的弧坑中,呈单个条状或星状。这些特征和我们发现的3处裂纹是完全一致的。


  2. 奥氏体焊缝的柱状晶间存在低熔点夹层薄膜,在凝固结晶后期以液态膜的形式存在于奥氏体柱状晶粒之间,在一定拉应力下起着扩展形成晶间裂纹的作用,能生成低熔点液态膜的合金元素有Si、B、S、P、Sn等,而我们所用焊条的S含量偏高,S易与Ni形成低熔点共晶,Ni与NisS,熔点仅645℃,且呈膜状分布于晶界,会引起结晶裂纹。


  3. 焊缝凝固结晶模式不同,凝固裂纹敏感性也不同。先铁素体模式的焊缝抗凝固裂纹能力最强,而全奥氏体模式的焊缝抗裂能力最低。铬镍奥氏体焊缝的结晶模式取决于焊缝金属的铬镍当量比,当[C/Ni>1.47-1.58时为先铁素体模式;当1.47~1.58>[Cr/Ni]>1.14-1.24时为先奥氏体模式;当 Cr/Ni<1.14-1.24时为全奥氏体模式。而我们选用的焊条由于铬含量低,镍的含量高,经分析计算得出铬镍当量比为1.23,属于全奥氏体模式,其焊缝抵抗凝固裂纹能力差。


 综合以上分析,可以判断得出现场焊接管道所产生裂纹为凝固热裂纹。


三、防止热裂纹的措施


 防止热裂纹的产生往往从以下几个方面入手:


 1. 限制钢材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量,特别是尽量减少硫、磷等杂质元素的含量。


 2. 调节焊缝金属的化学成分,改善焊缝组织,细化焊缝晶粒,采取先δ铁素体,后奥氏体结晶模式。以提高其塑性,减少或分散偏析程度,如奥氏体加少量铁素体。


 3. 提高焊条或焊剂的碱度,以降低焊缝中的杂质含量,改善偏析程度。


 4. 控制焊接规范,适当提高焊缝形状系数,采用多层多道焊法,避免中心线偏析,可防止中心线裂纹;采用小线能量,断弧时采用收弧板或逐渐断弧,并填满弧坑,可减少弧坑裂纹发生。


 根据以上原则,在实际焊接中采取了以下具体措施:


 1. 及时更换焊条,采用稳定性较好的合格产品。我们采用上海司立太有限公司生产的A022焊条,该焊条的化学成分见表。


 2. 对采用A022焊条的焊缝进行探伤检验,合格后再进行大量焊接,通过对10道焊口进行X射线检验,合格率为100%。


 3. 在施工中加强焊材的验收管理工作,对首次采用的新牌号焊材要经过焊接工艺评定和有关检验后再决定是否采用。


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