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  • 臨氫不銹鋼管道焊接裂紋產生原因及預防措施

    化工裝置臨氫條件下不銹鋼管道焊接后易產生裂紋,通過分析裂紋產生的原因,并采取針對性的一系列措施,能夠有效的避免臨氫不銹鋼管道焊接裂紋的產生,從而確保工程質量。

    臨氫條件是指溫度>250,氫分壓>1.4Mpa的介質環境,化工裝置經常存在到這種介質環境,臨氫不銹鋼管道焊縫易出現裂紋,有些裂紋在返修后還會重復出現。裂紋是一種嚴重的焊接缺陷,影響管道的安全使用,故需要對其產生原因進行分析,制定有效的預防措施以確保工程質量。

    1臨氫不銹鋼管道裂紋產生的原因

    1.1焊接熱裂紋的產生

    由于奧氏體不銹鋼導熱系數小,在焊接過程局部加熱條件下,溫度梯度較大,又因其線膨脹系數較大,在加熱和冷卻過程中會產生較大的應力和變形。另外,奧氏體不銹鋼焊縫結晶時,脆性溫度區域較寬,且樹枝狀結晶方向性明顯,使低熔點的雜質或共晶體在晶粒處集中,從而在焊接應力作用下易產生熱裂紋。

    1.2應力腐蝕斷裂的產生

    在臨氫條件下工藝管道焊縫和影響區部位的腐蝕特別嚴重,腐蝕的原因主要是由于H 2分解,產生HH原子,滲入金屬內部,并在金屬晶界部位和焊縫缺陷部位聚集,產生化學反應FeC+2H 2=CH 4+Fe,而CH 4在鋼中的擴散能力很小,經長時間的積累,形成局部高壓而造成微觀裂紋,這些微觀裂紋連接起來,便出現較大的裂紋,最終會發展成應力腐蝕斷裂。

    1.3晶間腐蝕裂紋的產生

    450-850℃為不銹鋼的敏化溫度,不銹鋼管道的焊接接頭在450-850℃敏化溫度區間時,焊接過程的快速連續加熱使金屬晶粒內部過飽和固溶的碳原子逐步向晶粒邊緣擴散,與晶粒邊緣層的鉻原子結合而成碳化物(Gr.Fe)23 C 6,并沿晶界沉淀析出。由于鉻原子的擴散速率比碳原子的擴散慢的多,來不及補充形成碳化物所消耗的鉻,于是晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐腐蝕性能,在臨氫工況條件下,將產生晶間腐蝕,從而產生晶間腐蝕裂紋。

    2臨氫不銹鋼管道裂紋的預防措施

    2.1嚴格對原材料金屬成分進行檢驗確認

    通過降低臨氫不銹鋼管道焊縫金屬中的碳含量,使其低于其在奧氏體鋼中室溫附近的溶解極限,極大的減少碳的析出及(Gr.Fe)23 C 6的形成,最大限度的減少貧鉻區的出現,可以有效的預防晶間腐蝕的出現。同時,嚴格限制非金屬磷、硫、硼的含量,增加與碳形成穩定碳化物的鈦、鈮及促使鋼中產生鐵素體的金屬元素鉬、釩,使焊縫成為鐵素體-奧氏體的雙向組織,以使鐵素體溶解硫、磷等微量元素,最大范圍的降低氫氣在鋼中反應生成CH 4后在非金屬部位聚集的空間,可以有效的避免氫腐蝕及焊接熱裂紋的出現。故必須嚴格對原材料進行檢驗和驗收,使用全定量和半定量光譜對進場材料進行復驗,保證臨氫不銹鋼管道材質符合要求。

    2.2制定合理的焊接工藝

    2.2.1焊接方法的選擇

    現場焊接采用手工鎢極氬弧焊打底,手工電弧焊蓋面的方法,對局部多次出現裂紋部位采用全氬的方法進行焊接。手工電弧焊采用較低的焊接線能量,并進行多層多道焊。

    2.2.2坡口形式的選擇

    對于薄壁臨氫不銹鋼管道坡口采用V型坡口。

    對于厚壁的臨氫不銹鋼管道坡口形式盡量采用U+V型組合坡口;盡可能減少焊接過程中熔敷金屬量,使焊接熔池輸入的熱量減小,縮短焊接接頭在敏化溫度450-850℃區間停留的時間,減少敏化溫度對焊接接頭的影響。

    2.2.3焊接材料的選擇

    選用含鉬、鈦、鈮、鉭元素的焊接材料,這些元素比鉻更容易與碳結合,可消除晶界的貧鉻區減少產生晶間腐蝕的傾向;選用超低碳的堿性焊條,降低碳在焊縫熔敷金屬中的含量,減少形成碳化鉻的幾率,提高焊縫的抗晶間腐蝕能力。

    2.2.4焊接工藝參數的選擇

    為防止焊接接頭過熱,減少焊縫熱裂紋傾向,同時提高接頭抗腐蝕性,焊接過程中選用小電流、快速焊、多層多道焊、盡量不做橫向擺動,多層焊時要嚴格控制層間溫度應<150℃,必要時可采用強制冷措施,以避免焊縫過熱而引起嚴重的變形和產生晶間腐蝕,全程使用紅外線測溫儀對層間溫度進行監控。

    2.3臨氫TP321不銹鋼管道的穩定化熱處理

    臨氫不銹鋼管道焊接后,將其加熱到900±25℃,并保溫1-4小時后再空氣中快速冷卻,使碳與鈦生成更穩定的碳化物,降低碳的活性,同時把鉻從碳化物中釋放出來,使鉻在此溫度下,有足夠時間向貧鉻區進行擴散,使晶界的鉻均勻分布,消除貧鉻區的出現,避免腐蝕傾向。

    3結束語

    實踐證明,臨氫不銹鋼管道通過嚴格控制原材料成分,合理的選擇焊接工藝參數以及采取合理的穩定化熱處理工藝,能夠有效的避免臨氫不銹鋼管道的裂紋問題,確保工程質量和裝置的安全運行。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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