合金钢产生裂纹的倾向急预防措施_压力管道裂纹产生原因分析及预防措施.docx

合金钢产生裂纹的倾向急预防措施_压力管道裂纹产生原因分析及预防措施 摘要：对压力管道各种裂纹产生的机理进行了分析，针对各种裂纹提出了相应的预防措施。关键词：压力管道；裂纹；腐蚀；应力；焊接；措施1 压力管道在加工中产生的裂纹原材料在轧制、机加工过程中，由于金属材料本身的疏松、缩孔、夹渣等缺陷，经轧制、冲压、卷制、机加工而产生的线型裂纹。这种裂纹有的在内部，有的在表面，由于在运用时只能对管材进行抽样检查，因此，这类裂纹在选购时应依据国家行业标准和工况条件，仔细检查制造厂生产许可证、合格证、材质证明书等文件是否与设计要求一样，输送有毒、强腐蚀性介质的压力管道，必要时应对管材进行化学分析、机械性能、抗腐蚀性能等试验。2 压力管道焊接裂纹焊接裂纹是在压力管道组焊或补焊时产生的，常存在于焊缝热影响区和具有较大残余应力的十字焊缝、角焊缝表面缺陷部位及焊缝旁边，按产朝气理分为热裂纹和冷裂纹两大类。2.1 热裂纹2.1.1 热裂纹产朝气理热裂纹是在高温下产生的，并且都是沿奥氏体晶界发生开裂。热裂纹分为结晶裂纹、高温液化裂纹及多边化裂纹三种。在生产实际中，结晶裂纹是最为普遍的，产生结晶裂纹的必要条件是焊缝在结晶过程中承受拉伸应力，在焊接起先时，在焊接热源的作用下，焊缝区是升温过程，此时金属受热发生膨胀，而焊缝四周的冷金属会阻碍膨胀，使焊缝受热区受到压缩应力，随着焊接热源不断地向前移动，焊缝上某点的温度起先下降，焊缝金属的体积发生收缩，四周的金属必需阻挡它，焊缝区就产生了拉伸应力，使焊缝有产生结晶裂纹的可能性。2.1.2 结晶裂纹的预防措施（1）限制焊缝中有害杂质的含量：对于焊接低碳钢、低合金钢及不锈钢，S、P是最为有害的杂质，它们形成低熔点共晶，使焊缝形成裂纹。（2）接头形式不同造成每种接头的散热条件、结晶特点和刚度也不相同，接头部位要尽量避开应力集中，减小焊缝旁边的刚度。（3）焊接工艺：碳钢管材在低于5环境中施焊时应实行保温缓冷措施，在焊件温度低于0时，管道的焊缝应在施焊处l00mm范围内预热到15以上。焊后应刚好进行热处理或焊后马上匀称加热至200300，并进行保温缓冷。（4）焊接依次：在焊接过程中，合理的焊接依次非常重要。焊接时应尽量使大多数焊接件在没有外力作用的自由状态或外力作用较小的状况下施焊，在实际焊接过程中，一般采纳对称施焊，以分散应力，削减裂纹倾向。2.2 冷裂纹2.2.1 冷裂纹产朝气理当焊接接头冷却至较低温度下，大约在钢的马氏体转变温度旁边，由于拘束应力、淬硬组织和氢的作用而产生裂纹，冷裂纹中比较普遍的形态是延迟裂纹，它的主要特点是焊后不马上出现裂纹，而是经过一段孕育期。延迟裂纹的生成与扩展确定于材料的淬硬倾向、焊接接头的应力状态及焊缝金属中氢的含量等3个因素的交互作用。2.2.2 延迟焊缝形态（1）焊趾裂纹：产生在母材与焊缝的交界处，并有明显应力集中的部位，裂纹的取向常常与焊道平行，并向母材深度扩展。（2）焊道下裂纹：裂纹常常发生在淬硬倾向大、含氢量较高的焊接热影响区。裂纹的取向一般与熔合线成平行。（3）根部裂纹：在运用含氢量较高的焊条或预热温度不足的状况下，在焊缝根部最大应力集中处会产生裂纹。2.2.3 延迟裂纹的预防措施（1）选择低氢焊接材料和低氢焊接工艺。（2）施焊用的焊条、焊剂应放在干燥通风处，施焊前一般低氢焊条应在350、超低氢焊条在400450，烘干2h，并在保温箱内存放，随取随用。（3）在管子施焊时，管内要防止穿堂风，每条焊缝尽量一次完成，对易产生焊接延迟裂纹的钢材要进行焊后热处理，以削减焊缝中氢的有害影响，降低焊接残余应力，防止氢脆现象。3 再热裂纹（热处理裂纹）3.1 产朝气理再热裂纹是焊后热处理过程中产生的晶间裂纹，呈分支状，出现在焊接热影响区的粗晶粒区域，裂纹的走向沿熔合线在奥氏体粗晶边界扩展，它的产生与材料化学成分、加热温度及内应力大小有关，材料是主要缘由，含V、Mo成份较高的材料易发生此现象。3.2 预防措施（1）选择材料时要检查材料的机械性能是否符合设计规定，焊后刚好进行热处理或对管子匀称加热至200300，并进行保温缓冷。（2）选用强度比母材稍低的焊接材料。（3）降低残余应力，避开应力集中，焊缝的咬边、未焊透、焊缝表面的余高都会使热影响区产生应力集中，应引起充分重视。4 应力裂纹4.1 产朝气理应力裂纹是由于压力管道的布置结构不合理或材料存在缺陷等缘由，造成局部应力过高或长时间压力、温度发生波动，在频繁开停车等交变载荷作用下产生的裂纹。一般状况下，压力管道承受的载荷有：重力载荷；压力载荷；位移载荷（管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支撑沉降等）；风载荷；地震载荷；瞬变流冲击载荷；压力脉冲载荷；机器振动载荷。当上述压力管道载荷及局部应力集中至最高应力值时，就成为压力管道疲惫破坏和脆性断裂的可能根源。4.2 预防措施（1）合理支配管道布置，避开和削减应力集中，尽量使系统中各管道部位互不约束或削减约束。（2）避开系统中设备的频繁启动，削减温差应力。（3）在布置管道时应考虑增加管道柔性，采纳管道补偿器，选用弹簧支吊架等增加管道柔性。5 应力腐蚀裂纹5.1 产朝气理应力腐蚀裂纹是压力管道在输送腐蚀介质时，在拉应力和特定的腐蚀介质及肯定的压力、温度共同作用下，对压力管道材料造成腐蚀而渐渐形成的裂纹。应力腐蚀裂纹成枯树枝状，大体沿着垂直于拉应力的方向发展，裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型和二者混合型。腐蚀使材料表面形成微裂和蚀孔，导致应力集中或减弱材料的晶间结合力，而应力则加速腐蚀的速度使表面裂纹沿晶间扩展，金属在碱液腐蚀下形成的裂纹、不锈钢在氯离子作用下引起的裂纹、金属材料在H2S作用下形成的裂纹（硫脆）以及碳钢在COCO2H2O（水煤气）环境中形成的裂纹等都属于应力腐蚀裂纹。5.2 预防措施（1）在结构设计时尽量降低应力，如：选用大的曲率半径、关键部位增加管道厚度、焊接采纳对接以削减残余应力集中。（2）依据介质的腐蚀性，选择压力管道的材质。（3）严格执行管道年度在线检验制度，运行和运用中应对易腐蚀和应力较集中的区域和部位进行重点检查，发觉腐蚀部位快速进行补焊或更换，以免裂纹延长。6 压力管道裂纹实例分析江苏某化工公司制碱隔膜氢氧化钠溶液提浓采纳的是三效顺流强制循环工艺，效蒸发罐蒸发室产生的二次蒸汽作为效蒸发罐加热汽室的汽源，用于输送二次蒸汽管道的工况条件如下：压力：0.25Mpa；介质：饱和蒸汽；温度：160；规格：900×8mm；材质：Q235A。在运用时二次蒸汽管道多处出现裂纹，在焊缝旁边热影响区出现裂纹的频率更高。为分析缘由，对二次蒸汽管道裂纹较集中部位进行了测厚，其详细数据为：6.1 通过对测厚数据的分析，二次蒸汽管道裂纹产生的缘由与壁厚并无干脆联系，为此对二次蒸汽管道进行了贴钢板补焊。分析产生裂纹的缘由有：（1）二次蒸汽中有时含微量氢氧化钠，在160高温下使二次蒸汽管道内管壁形成腐蚀裂纹。（2）二次蒸汽管道在焊接时，由于融合区和过热区出现晶粒长大现象，使其塑性降低，产生裂纹。（3）二次蒸汽管道在组焊时存在结构布置不当，造成局部应力集中，导致焊缝处出现裂纹。6.2 防止二次管道产生裂纹的措施（1）加强工艺限制，严格限制蒸发罐蒸发室碱液液位，避开二次蒸汽含碱，保证生产稳定运行。（2）当管道输送的二次蒸汽中含有微量NaOH时，管道内表面会产生碱腐蚀，例如法兰垫片处、单面焊未焊透处均会产生缝隙腐蚀，因此二次蒸汽管道应尽量选择双面焊接形式，避开产生缝隙腐蚀。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页