浅谈TP321管道焊缝产生裂纹的原因及预防.doc

浅谈TP321管道焊缝产生裂纹的原因及其防止【摘要】国外进口不锈钢越来越多地进入国内市场，在化工行业大到用于混合进料的508的管子，小到用于仪表导压的6的管子，近年来由于我国化工厂的不断升级，对管道的等级不断提高，TP321管道现场组对焊接过程中，由于施工环境、供货状态不良加之施工工期短，所以为了保证工期加快施工进度，有可能产生焊接质量问题。所以我们只有采用科学合理的施工组织设计与管理，并采取一定的有力措施才能有效的减少TP321管道焊缝裂纹的产生，从而保证球罐在生产过程中的安全性，稳定性。【关键词】浅谈 TP321管道焊缝 裂纹 原因 措施一、 概述国外TP321材料向相当于国内0Cr18Ni10Ti，材料类别为18Cr-10Ni-Ti，属于铬镍奥氏体不锈钢，此材料由于强度高，塑性、韧性好，耐腐蚀性能强而被广泛的应用于各行业，但是所有的不锈钢并不是以一种单一的组织形式存在，如果中间的任何一个组织发生变化直接影响到材料的力学性能，一般情况下TP321材料具有良好的焊接性能，但是在施工现场作业时又会有以下因素的影响：1. 露天作业，施工环境的温度、湿度、风速变化较大，甚至有雨雪的威胁，焊接环境差。2. 高处作业增多，焊接空间位置受到较大限制，可达性差。3. 临时供电设施稳定性差，造成焊接工艺参数的失稳。4. 通风设施设置欠合理，对焊接质量、焊接效率有一定影响。5. 施工工期紧，对焊接时间的影响。所以在现场组对、焊接的TP321管道在其焊接工艺的编制，现场施工的组织与管理都应该结合以上特点综合考虑，并采用一些相应的措施，才能保证焊接的质量和高效率。而TP321材料温度和焊接线能量是产生裂纹的主要原因，那么为提高焊接质量和效率，保证TP321在施工和生产中的安全性，我们有必要对TP321材料在焊接时裂纹产生的原因进行分析，并制定一些相应的预防措施。二、TP321管道焊缝裂纹存在的形式TP321管道焊缝裂纹大多以微观形式存在于焊缝区的内部。裂纹具有尖锐端头且开口位移长，是宽比率极高的断裂型非连续性晶间裂纹。裂纹是一个复杂的问题，即使形态相同，产生的机理往往不尽相同，若按焊缝裂纹产生的机理来说，主要是热裂纹和冷裂纹。三、环焊缝中热裂纹产生的原因热裂纹是焊接过程中，合金元素的成份偏析或低熔共晶体化合物的存在所产生。裂纹的断口表面有氧化色、无光泽。1、焊缝金属成份的影响钢材中存在的C、S、Si、Cr、Ni、Ti、N形成各种低熔共晶体化合物，易产生结晶偏析，不均匀分布在焊缝中，在焊缝金属结晶过程中往往集中到焊缝的中心和最后凝固部分，形成液相薄膜残留下来，在焊接收缩应力作用下，液相薄膜被拉开，随之产生裂纹。2、组对卡具的影响在施工过程中，往往由于现场作业人员考虑到施工成本未采用不锈钢卡具，而是采用一般碳钢，对不锈钢本身来说不允许，会产生渗碳，在组对完成后没有按照要求打磨而是在用磨光机磨掉一点缝隙后采用强力清除，造成表面部分应力延伸，在水压试验时由于内部的强加应力导致外部应力加大主张裂纹的产生。4、焊缝形状的影响管道焊缝一般采用V形坡口，焊缝形状主要是V型角度的影响，影响不是很大。5、焊接速度的影响在焊接线能量一定的情况下，提高焊接速度后，裂纹产生的可能性增大。因为焊接速度增大后，熔池长度增大，焊缝宽度减少，因而焊缝深度与宽度比加大，增大了裂纹产生的可能性。6、焊接顺序和方法的影响由于管径的增大，在规范要求大于四、环焊缝中冷裂纹产生的原因冷裂纹是焊后冷却到马氏体转变点Ms附近200300以下的温度区间发生的。冷裂纹的产生有时间性，可能在焊后立即产生，也可能经过几小时、几天，甚至更长时间的潜伏后才产生，故又称延迟裂纹。从而可以说冷裂纹比热裂纹更具有危害性。1、焊缝金属含氢量的影响焊缝母材中原有的氢和焊接时焊缝金属吸附外界的氢是产生焊接冷裂纹的主要原因。坡口表面及其附近锈蚀、油污、水分、重皮，焊接材料的类型及其干燥条件，焊接环境等也有极大的关系；焊接工艺对焊缝含氢量也有影响。 2、线能量的影响线能量决定了焊缝和热影响区的冷却速度，也决定了这些区域的淬硬组织，氢的扩散速度以及焊缝中焊接应力的水平，最终影响到焊缝的冷裂倾向。线能量越大，冷却时间就越长，有利于氢的逸出，这就降低了冷裂的倾向，但是线能量的增大，只能控制在一定范围内进行，因为还需要考虑到焊缝成形、烧穿和应力等方面，线能量太大时，在热影响区附近可能产生过热组织，使晶粒粗大，反而增大了热影响区裂纹产生的倾向。 3、焊接顺序的影响理想的焊接顺序是使前层焊道彼此重叠，次层焊道的热循环基本上能覆盖前层焊道的过热区。分层焊时，如果不严格控制层间温度或者后热处理不到位，由于氢的逐层积累和根部焊缝的应力应变集中，则延迟裂纹的倾向反而会增大。4、预热温度的影响焊前预热是通过预热阻止材料在马氏体转变时冷却速度不致于太快，从而避免冷裂纹的产生。预热可以减慢焊缝的冷却速度，改变热影响区组织，消除或减少焊缝中扩散氢的含量，降低焊缝与母材的温度梯度，从而减轻拘束应力。但是在实际生产中，预热温度不均匀；不能连续完成环焊缝的焊接；重新焊接时，不能采取良好的措施，造成层间温度低于预热温度，会产生淬硬组织，增大冷裂的倾向。焊前预热是防止球罐环焊缝裂纹最有效的措施之一。5、焊后热处理的影响对于厚截面较大的球罐环向焊缝，焊接结束后，需要考虑焊后热处理。如果没有采取后热措施或者采取后热的温度不足，后热的保温不良，会在多层多道焊缝中产生横向裂纹。6、焊接应力的影响球罐环焊缝中主要存在三种应力，即温度分布不均匀造成的热应力；相变时的相变应力和刚性拘束力。此外焊缝上的咬边、未焊透等缺陷形成了应力集中，这些应力叠加在焊缝中的薄弱部位，达到一定值时会导致裂纹的产生。球罐环焊缝冷裂纹的产生，归纳起来主要是氢、淬硬组织和应力的相互促进，相互影响。在一定条件下，三者中任何一种都可能成为造成冷裂纹的主要因素。五、防止球罐环焊缝裂纹的措施通过对球罐环焊缝裂纹产生原因的分析，针对产生裂纹的因素，为防止球罐环焊缝裂纹的产生。特制定如下一些措施：1、设计部门必须设计合理的坡口形式，规定焊缝的组对间隙及错边量，以减少组对时的拘束应力。2、在对施工现场勘察研究；对施工图纸细致了解的基础上，编制合格的施工方案。3、施工前做好焊接工艺评定，施工过程中严格按焊接工艺施焊，并应指派专人负责控制好线能量。4、施工过程中要严格执行施工方案中的焊接方法、焊接顺序、焊接工艺；施工组织与管理也要符合方案中的要求。5、严格做好焊前预热、焊后热处理、层间温度的控制；对于电加热要防止临时停电对加热工艺的影响。6、焊条选用时，尽可能选用低氢或超低氢焊条，并随时监控焊接环境的变化。7、施工作业中所使用的焊条，必须按照焊条使用规定进行烘烤，烘烤后放在恒温箱内，随用随取。8、焊缝打磨后，应形成圆滑表面，尽可能减少焊缝深度与宽度比。9、供电线路的电压应稳定，系统运行的总电压降不得大于10。六、防止球罐环焊缝裂纹的效果在西安石化分公司气分装置1000m3 40 材质16MnR的石油液化气球形储罐的制安过程中，由于施工组织与管理不到位；人员分配不合理；未严格执行施工方案，造成了该球罐一次拍片检测合格率仅为91，而环焊缝裂纹又占不合格焊缝的四成。在返修过程中，我们严格按照施工方案中的要求对焊缝进行预热；焊条按要求进行烘烤，并放入保温箱中，随用随取