论应力腐蚀与破裂文档.doc

论应力腐蚀破裂在焊接中的预防随着机械设备结构上的受力不同或外加工方法性质的不同，结构内部都会存在如：拉、交变、剪切应力等。应力存在有的方面是有力的，但大多方面是有害的尤其存在与腐蚀介质环境中的各应力集中部位。据日本三菱化工机械公司对十年中化工设备破坏实例的调查统计结果表明：全面腐蚀仅占8.5%，应力腐蚀破裂占45.6%，小孔腐蚀21.6%，其它占21.3%。据数据报道残余应力造成的腐蚀破裂的比重更为突出。焊接应力产生的原因是：因焊件受到局部不均匀的加热和冷却后，各部位是互相联系互相制约的，不能自由的伸长和缩短，这就使内部产生不均匀的塑性变形，所以焊接过程中就要产生应力。焊接过程中产生的应力有压应力和拉应力，而应力腐蚀的最终结果是必须有拉应力的存在，而压应力的存在不仅不会引起SCC（应力腐蚀英文缩写），甚至可以使其延缓。焊接产生拉应力的原因与部位：如：图A是一对试板，如果同样焊接一条直缝如果焊接次序和方向上不同，会出现不同的焊接应力和变形。如果从点1点3焊接那么过点2点3之间段横向收缩内应力会逐渐加大，因此会产生拉应力。假如第二道焊缝从点3点1方向施焊，可以有效减少焊缝的横向内应力。图B是一组干管与支管的一组焊接组合，由于开孔不标准缝隙大的两侧必须先填补缝隙，致使加热不均，会造成两侧热收缩量加大，故冷却后会造成两侧拉应力集中。尤其填补缝隙时，如果电流采用较大往往会产生裂纹。图C是一对大直径管道的固定焊接组合，如果打底到罩面始终从底部开始起焊至上部收弧，那么上面最后收弧部分的内应力势必大于其它部分。根据我公司氨水管道使用情况大部分是从最后 收弧处先出现泄漏。看上去是沙眼可是外贴补焊时，只要一划擦引弧就会造成十公分长左右的开裂。因不能停产只能制做专用引流抱箍进行施焊补救，但只能适用于非易燃介质的泄漏补救。对于易燃气体的堵漏再不停产的情况下可实施磨具密封，堵漏剂打压堵漏。下图是非易燃介质堵漏焊接用管箍构造示意图，喷流出的介质靠重力产生虹吸作用将介质导流。另外还有几种典型因腐蚀应力造成设备损坏案例：1、承压容器的不锈钢衬里（316L）与承压外筒体接触不良产生的破裂（腐蚀介质是硫化氢溶液）仅运行了45天。2、碳钢碱泵出口阀兰与管道的刚性连接，使泵壳靠近阀兰处造成很大的附加拉应力而发生的应力腐蚀。3、氨水换热器使用40天出现多处开焊泄漏。4、1#深井泵出口阀兰螺丝在使用一年拆检时发现M14的螺栓被腐蚀了近1/3，说明了应力超出了某一界限值就谈不上环境的特殊性了。应力腐蚀机理：20世纪70年代各国科学家从腐蚀、电化学、金属物理、力学等不同学科，进行了大量的研究工作。如电化学阳极溶解理论、氢脆理论、膜破裂理论化学脆化-机械破坏两阶段理论、腐蚀产物楔入理论以及应力吸附破裂理论等等。各自根据本学科的观点出发存在一定的片面性。但为取得全面完整的统一认识提供了条件。电化学阳极溶解理论的论点：认为合金中存在一条阳极溶解的“活性途径”，腐蚀沿这些途径优先进行，阳极侵蚀处就形成狭小的裂纹或蚀坑。小阳极的裂纹内部与大阴极的金属表面构成腐蚀电池，由于活性阴离子（如CI-）进入形成闭塞电池的裂纹或蚀坑内部，使浓缩的电解质溶液水解而被酸化，促使裂纹尖端的阳极快速溶解，在应力作用下使裂纹不断扩展，直至破裂。所谓的“活性途径”通常多半是晶粒边界、塑性变形引起的滑移带以及金属间化合物、沉淀相，或者由于应变引起表面膜的局部破裂。当有较大应力集中时，会使这些活性途径处进一步产生变形，形成新的活性阳极。裂纹中的闭塞电池，因尺寸很小，内部的溶液不易与外部发生对流交换，溶液将不断浓缩。同时随着腐蚀过程的进行，产生的金属离子富集，为保持溶液的电中性，必然出现裂纹内部的金属离子与外部的活性阴离子相向迁移，在裂纹内部形成的二次腐蚀产物（如氯化物）进一步酸化。有科学家直接测量出其pH值达3.2-3.4，这样就使腐蚀大大加快。SCC断口之所以呈现脆性断裂特征，可能是裂纹内溶液被酸化后形成的H+，由于腐蚀的阴极反应产生的氢原子扩散到裂纹尖端金属内部，使这一区域变脆，在拉应力作用下发生脆断。电化学阳极溶解理论已被合金的阴极化所证实，因为采用阴极保护可以拟制合金裂纹的产生和发展，如果取消阴极保护，裂纹又继续扩展。预防和减轻应力腐蚀的途径和焊接过程中的控制：1、 降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下。常规设计方法中采用的名义抗拉强度或区分强度，并未考虑到材料的缺陷。而实际上所有的工程材料都不是完美无缺的，必然存在各种缺陷，除了原有的裂纹和微裂纹外，由于环境影响又会造成新的裂纹，因此很多设备和构件往往发生低应力意外的脆性断裂。2、 合理设计与加工减少局部应力集中。如设计时选用大曲率半径，采用流线型设计，使结构的应力分布趋于均匀，避免过高的峰值。关键部位可适当增厚或改变结构形式。3、 在焊接过程中为避免热影响区的交叉，焊缝之间的距离不能过小。焊接较大容器时板材拼接尽量避免焊缝十字交叉，使焊缝在能自由伸缩的同时科学排布焊缝焊接次序，先焊收缩量最大的焊缝。在焊接时尽量采用小的线能量，减少热影响区。对于较长的焊缝采用分段焊接。在容器上开孔坚持开圆孔或椭圆孔的法则，提高开孔精度。长窄板下料时采用对称同时切割的下料工艺。较厚板材尽量开X型坡口采用小电流进行多焊道施工。如焊接刚性强塑性较差的材料时要进行敲击金属焊缝，促使焊缝金属产生塑性变形，以抵消焊缝的一部分收缩量，多道焊时敲击第一层焊缝金属，就能使内应力几乎全部消除，敲击应在焊缝塑性较好的热态时进行。焊接奥氏体不锈钢时要采