铬钼耐热钢管道焊接裂纹的控制分析

铬钼耐热钢管道焊接裂纹的控制分析

郑峰

杭州汽轮铸锻有限公司  浙江省杭州市  311100

摘要：随着我国的科学制造技术的不断发展，也带动了其他制造业的发展，在整个石油化工行业当中，管道是十分重要的管道，由于铬钼耐热钢具有良好的耐高温、抗硫及抗氢腐蚀的特性，在石油化工建设工程设备和工艺管道设计中被广泛采用。近年来，工建设工程多次出现铬钼耐热钢管道焊缝因延迟裂纹开裂的事故，这往往是因为焊接过程控制得不好造成的。而在生产过程中， 一旦铬钼耐热钢管道焊缝出现开裂等质量问题，后果将非常严重，甚至是灾难性的。

关键词：铬钼钢；耐热管道；管道焊接；裂纹控制

铬钼合金耐热钢管道具有良好的抗氧化性、热强性、抗硫和氢腐蚀性， 由于石油化工对管道的耐热性有很高的要求，因此铬钼钢在石油化工的管道运输中扮演着重要的角色，虽然铬钼钢自身性质优良，但是管道加工工艺不过关的话，也会导致管道质量出问题，主要是体现在出现焊接裂纹的情况，在实际的施工建设过程中，施工方没有对焊接过程进行很好的控制与把握，为了节约时间，减少了必要的焊接过程，从而导致裂纹产生。裂纹是焊接结构中最危险的一种情况，裂纹的产生不仅意味着管道材料本身报废，而且还可能会造成事故。造成裂纹产生的原因是多种多样的，接下来就对裂纹形成的原因进行分析。

一、铬钼钢焊接裂纹产生的因素

铬钼耐热钢管道焊缝延迟裂纹的产生， 主要问题出在焊接过程控制上， 特别是焊后热处理工艺控制上。

1、焊接材料管理。目前， 在工程施工中普遍存在焊条烘干及发放回收记录不真实、走过场的问题。焊接材料中的水分是扩散氢的主要来源之一，一旦焊缝中扩散氢的含量超标，就可能造成焊缝因延迟裂纹的出现而开裂。所以要严格按照相关标准的要求，存放、烘干、使用焊接材料

2、焊接坡口组对。有些生产厂家没有严格按照标准尺寸要求生产直管和弯头、三通等管件，致使同一规格的直管及管件实际尺寸相差较大。在焊口组对时， 错边量较大，往往超过标准规定的内壁平齐且小于壁厚的10% 且不大于2 mm 的要求。而铬钼耐热钢管道的母材硬度较大，坡口打磨时较费力，施工人员对错边量超标的管道坡口没有进行过渡段斜坡加工就进行组对，从而使错边量超标的焊缝在经过焊接热循环后，错边量较大部位的拘束应力较大，从而容易使焊缝产生延迟裂纹。

3、预热。预热是低中合金耐热钢焊接过程中不可缺少的工序， 是防止裂纹、降低接头各区硬度和应力峰值以及提高韧性的有效措施。但施工过程中经常出现不按规定进行预热的现象。不仅焊前应按要求对管道坡口两侧进行预热，而且对定位焊以及不能一次性连续完成焊接的焊缝，中断焊接后需要重新焊接时，也应重新进行预热。为了保证预热的质量，最好采用电加热法进行预热。

4、焊后脱氢处理。焊后脱氢处理（也称为后热处理），是指焊后立即加热到300～ 350 ℃，且保温时间不应少于半小时，使得焊接接头中的氢能够进行充分的扩散，从而减少接头中的扩散氢含量。后热处理，还可以起到降低冷却速度， 减少淬硬组织出现的效果。若焊接后热处理进行得不及时，或者根本不进行后热处理，则易导致氢致裂纹的产生。

5、焊后热处理。焊后热处理的目的在于改善焊缝金属及其热影响区的组织， 降低接头的硬度，提高接头的韧性、变形能力和高温持久强度，消除焊接残余应力。但焊后热处理过程中极易存在较严重的问题，主要体现在以下方面：

（1）恒温时间及硬度检测。新版施工及质量验收标准中，对铬钼耐热合金钢管焊后热处理的恒温时间及焊缝热处理后的硬度值均提高了要求，但许多施工单位在施工中却没有对热处理工艺重新进行评定，仍采用老标准进行焊后热处理， 造成热处理的焊缝硬度值严重超标。

（2）焊后热处理曲线。焊后热处理时，由于热电偶数量低于相关标准的要求，个别施工单位的热处理曲线采用导线跨接即多道热处理的焊缝采用同一个测温热电偶进行测温，尽管打印出了多道热处理曲线，但实际上这些热处理曲线所代表的仅是其中一道焊缝的热处理情况，其他焊缝的热处理情况仍不能确定。

（3）焊后热处理硬度检验。对经过热处理的焊缝硬度进行检测，其目的是为了验证热处理的效果。但在实际硬度检测中发现，个别检测单位未对已进行了焊后热处理的铬钼耐热钢管道焊缝进行100% 的硬度检测，甚至未对现场的焊缝进行硬度检测就出检测报告。

二、铬钼耐热钢管道焊接质量控制措施

1、做好材料管理，确保进场原材料质量。严格进行质量证明文件的审查及外观质量检查；材料复验：在外观质量检验合格后，施工承包商严格按照国家及行业有关施工规范、标准的要求对铬钼钢材料的铬、钼合金含量进行100%的半定量光谱分析，同时对于大于10MPa 的铬钼钢管线，均按照要求对其外表面逐根进行磁粉检测。

2、严格把控焊接工序。在进行焊接的过程中，焊接应力是不可避免会产生的，无法消除，因此只能尽可能的对产生条件进行控制，比如可以统一焊接工艺参数，在滚定的焊接参数范围内，选择合适的接线能量，从而实现减慢焊缝的冷却速度的目的。在进行焊接之前，明确好焊接的顺序及流程，做好预热工作，把控焊接始端和终端的质量，在实际焊接过程中，严格把控焊接工序，采用连续焊焊接每条焊缝，降低拘束应力，完成焊接之后，对焊接管道做好热处理工作，从而降低组织应力。针对扩散氢问题，在进行焊接的过程时，应该是焊接钢管尽可能多的处于高温状态，从而让氢能够逸出，达到降低氢产生的目的。并且铬钼钢在加工完成后，应该立即进行消氢处理，还需要控制好冷却环境，防止冷却环境对管道自身化学性质造成影响。值得注意的是，对于焊缝的同一部位，其焊补次数最好控制在两次以内。

3、加强焊后热处理控制。铬钼钢焊接后在现场施工条件下的焊后热处理，系指对接头进行高温回火，利用金属高温下强度的降低而把弹性应变转变成塑性应变以达到消除焊接残余应力的目的，同时改善金属组织，提高接头的综合力学性能。为此，在热处理时，必须有经过监理确认的热处理方案，并对热处理人员进行有效的技术交底，热处理设备包括其各种仪表必须在合格的检定期内，同时需要热处理的焊口编号、测温仪放置和数量、加热片覆盖厚度和宽度、各道焊口输入的热处理工艺参数等必须经过焊接检验员检查确认等，以确保热处理质量。

4、加大对焊接人员的控制。焊接人员的技术水平直接影响管道的焊接质量，为了保证焊接质量。必须加大对焊接人员水平的控制。施工单位应该组织技术人员进行专业培训，定期进行相关技术资格证考试，明确焊接过程中可能出现的问题，清楚了解有关应对措施，提升焊接工艺，为了更好的保证有关工作质量，施工单位应该对人员焊接技能进行考核，实施奖惩制度，提高工作人员的工作积极性。

5、确定铬钼钢管道安装顺序。为了确铬钼钢管道焊接可靠，所以必须要确保其管道安装工艺符合规定，首先应该根据管道具体的安装位置，还有管道的重量以及长度来选择安装方式，比如可以选择采用吊车进行吊装或者是人工进行安装，除此之外，在安装管道现场也应该根据实际情况来合理选择管道的安装焊接方式。在进行安装的时候，应该首先将管廊管道安装好，其次在对设备进行配管。在安装管道时，应该优先安装直径大的管道，对于公用系统管道也应该优先处理。除此之外，也应该确认管道安装条件。在进行具体施工前，施工单位需要根据施工图纸以及对应的施工技术方案，确认管道的安装条件是否符合标准，设计人员与技术人员应该做好技术交底工作，确保有关的施工合格，能够进行生产安装。

结论

(1)加强原材料管理、合理地选用低氢焊材、做好焊材管理是防止铬钼钢产生裂纹的前提条件之一；

(2)严格执行焊接工艺、控制好焊接线能量、选用合理的焊接顺序可以有效改善焊缝的应力状态，从而防止铬钼钢焊接裂纹的产生；

(3)加强预热、层间温度、后热、焊后热处理等方面的控制，可以消除氢的有害作用，降低焊接应力，有效防止裂纹的产生

参考文献：

［1］ 狄涛，杨清思.浅析铬钼耐热管道焊接及热处理工法［J］． 现代焊接， 2017（8）： 48－53．

［2］李荣雪.金属材料焊接工艺[M].北京：机械工业出版社,2018 ．

［3］ 雷婧．浅析铬钼耐热钢管道焊接裂纹的控制措施［J］． 机电技术， 2018（3）： 99－101．