探究不锈钢管道裂纹产生原因分析及裂纹处理

李为然

摘要：对OCrl9Ni9不锈钢管道裂纹产生原因进行了分析，并对裂纹焊接处理的有关问题进行了阐述，同时叙述了具体挖补修复方法及焊接修复过程。

关键词：0Cr19Ni9不锈钢；晶界腐蚀开裂；工作应力；焊接裂纹；挖补修复

0前言

电厂化学水工艺水管道规格219mm×10mm。材质为0Cr19Ni9，满负荷连续运行，同时管道振动过大，工艺水又具有较强的腐蚀性且温度又高。在管道膨胀弯的焊缝的热影响区产生了长约15Omm的纵向裂纹。

l裂纹产生原因的分析

1.1母材及填充材料使用不当

管道使用的是0Cr19Ni9(美304)，不锈钢的化学成分为：(C)≤0．08％,(Cr)为l8.0％～20.0％,(Ni)为8.O％～10.0％，由此可知，这类不锈钢的C含量与一般的奥氏体不锈钢C含量相当，并非超低碳不锈钢．并且没有加入稳定碳化物的Ti，Nb元素。如果在焊接时没有避开450～850℃的危险温度区间，并且没有选用含Ti，Nb元素的焊接材料，就会在热影响区形成脆性大、塑性低的碳化铬，从而使热影响区、熔合线上产生晶界腐蚀裂纹。

1.2焊接工艺不合理

焊缝较宽，成形粗糙，弧坑较大，焊趾明显咬肉。由此可以断定，焊接时所用焊条直径较大，焊接电流也较大，焊速慢，停留时间过长，没有避开450～850℃危险温度区间，道间温度控制也未见成效。这是形成晶界腐蚀裂纹的又一原因。

为了保证装置在短期内恢复运行，就对裂纹进行了直接补焊。

(1)首先做好一切焊前准备工作，在距裂纹2个端点各l0mm处钻φ6mm的止裂孔，以防打磨、焊接过程中裂纹蔓延。然后用角向磨光机磨出α=60°,b=3.2mm,p=1.5mm的坡口。坡口长度为止裂孔间的距离，并过止裂孔磨出焊缝与母材的过渡面，再将坡口两边的油、锈等杂物清理干净。

(2)采用ZX7—400A焊机，直流反接，焊材为A132,3.2mm，进行打底、填充及盖面，焊接电流为1l0A。

(3)采用灭弧焊打底、连弧焊填充及盖面，并且单道打底，双道填充，3道盖面。每层间都彻底清理，每个接头都要错开15mm左右，确保没有缺陷。焊接方向为从左至右。焊接顺序为逐层逐道由下至上。

(4)补焊后，焊缝外观平整，且焊缝余高h≤1mm，宽度≤l4mm，经做着色检查合格，只是热影响区的硬度超标，但是没有作为重点考虑。

(5)补焊后，设备经过26d的运行，距补焊焊缝1Omm处再次产生长15Omm的裂纹，导致泄漏，再次被迫停产。

1.3管道振动过大

裂纹主要产生在管道膨胀弯焊缝的热影响区，这是由于在产生晶间腐蚀的同时，管道不断收缩膨胀的方向不一，管道内部工艺水压力较大引起振动．使焊缝的热影响区受到了很大的外载荷．也就是在不断增大疲劳载荷，使已经产生晶界腐蚀的热影响区加速开裂。

1.4内部介质腐蚀性大

漏点有严重的被腐蚀痕迹。这完全可以证明。管道在长期运行的过程中内部介质不断渗入晶间，使其加大晶界腐蚀，导致开裂。

2挖补修复

用等离子弧将其完全割除，并且挖掉宽15Omm左右，且比可见裂纹两端各长出20mm的管道母材(必须将焊缝两侧的热影响区切除掉)，然后根据挖掉母材的尺寸，选择相同轴向、材质为0Crl9Ni11Ti、规格为200mm×15Omm×12mm的补丁块，对切除部位进行补焊修复。

2.1打磨与组对

坡口尺寸：坡口角度α=6O°，预留间隙b=3.2～4.0mm，钝边p=1.5～2.0mm。焊接时要严格控制间隙尺寸。并且要基本一致。

2.2焊接设备、方法、焊材及工艺参数

2.2.1焊接设备

焊机采用ZX7—400A，或其他逆变直流、硅整流焊机，均直流反接，以使焊接过程中电弧稳定性好、飞溅小，从而进一步保证焊接质量。

2.2.2焊接方法

采用焊条电弧焊，防止内部氧化并便于操作，节省时间。但若时间充足，最好采用TIG焊，尽管焊接设备复杂，但是温度更容易控制，不过一定要注意管内充氩保护。

2.2.3焊材

采用A132(E一19一l0Nb一16)焊条，因Nb既可以细化晶粒，又能够与C结合生成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界形成贫铬区，大大提高焊缝的耐晶界腐蚀能力。

2.2.4焊接顺序

点固焊焊缝位置及焊接顺序如图1所示焊接顺序为：1—2—3—4一5—6一7—8：焊接方向：1,2段为由C，D点向右；3,4段为由C,D点向左；5,6,7,8段为由下向上。

图1

2.2.5焊接参数

选用φ2.5mm焊条灭弧打底，φ3.2mm焊条灭弧填充、盖面，以便于道间温度的控制。焊接电流见表1。

2.3点固焊与焊接

2.3.1点固焊

采用西φ2.5mm焊条，对图4中A,B,C,D处进行灭弧点固焊，焊缝长度不超过20mm。点固焊时的焊接电流与正式焊接时相同。

2.3.2焊接

焊接方向由下向上，由左向右，对称焊接(图1)。打底焊、填充焊及盖面焊都采用灭弧焊接，且每次熄弧后冷却3～4s后再引弧，焊条摆动幅度越小越好。一定要避免在拐弯处熄弧和引弧，否则接头就无法打磨。严格控制道间温度，每层焊完后待冷却至l00℃以下后．再焊下一层，每一层的接头都要相互错开15mm左右。

3质量检验

工艺水管道挖补修复后，焊缝外观平整美观，余高h≤1mm，宽度<14mm，热影响区及焊缝硬度符合相应标准要求。对焊缝进行X射线探伤，结果达到Ⅱ级以上，随后进行管道正常压力2MPa(20kg/cm2)的1.25倍的水压试验，无泄漏，合格。角焊缝应先做着色检验，无缺陷后再进行水压试验。

4结论

工艺水管道补焊后，此化学水管道运行状况良好，至今已近12个月，补焊焊缝完好无损，足以证明前述分析正确，挖补修复是非常有效的。

参考文献

[1]J徐初雄，陈宝龄.中级电焊工工艺学[M]．北京：机械工业出版社.1994：143—162.

[2]徐初雄，陈宝龄．高级电焊工工艺学[M]．北京：机械工业出版社，1994：127—144.