壓力管道低碳鋼與奧氏體不銹鋼焊接裂紋的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

摘要：

在壓力管道施工過程中，低碳鋼、奧氏體不銹鋼由于其自身特點，其焊接性能存在差異。本論文主要介紹低碳鋼、奧氏體不銹鋼的焊接特點，并針對低碳鋼與奧氏體不銹鋼焊接接頭，易產(chǎn)生裂紋的問題進行剖析以及為解決此問題所采取的方法和措施。

前言

在石化裝置工程施工中，有許多奧氏體不銹鋼閥門直接與低碳鋼管焊接，由于管內(nèi)的介質(zhì)為腐蝕性的物質(zhì)，管線內(nèi)的壓力又高達幾十兆帕，焊縫長時間受高壓、腐蝕介質(zhì)的作用，有很多焊縫在靠近碳鋼的一側(cè)出現(xiàn)了裂紋，若不能及時補焊，不僅浪費能源，惡化環(huán)境，而且還會給裝置的投產(chǎn)帶來很大的影響。

1.奧氏體不銹鋼與碳鋼的區(qū)別與聯(lián)系

除碳元素外，沒有加入其它合金元素的鋼，是低碳鋼。一般不具有什么耐腐蝕的能力。硬度比純鐵大。奧氏體不銹鋼是指含鉻（Cr）量大于等于13%，在大氣中不生銹的合金鋼。奧氏體不銹鋼一般不具有磁性，不同的不銹鋼抵抗腐蝕的能力不同，對不同介質(zhì)的抗腐蝕性也不同。

低碳鋼與奧氏體不銹鋼的區(qū)別，一般認為，首先在于耐腐蝕性能方面，有著其它鋼種無法替代的作用，比如奧氏體不銹鋼優(yōu)異的機械性能使其應(yīng)用在各類制造業(yè)中。在日常生活中我們接觸較多的有奧氏體型不銹鋼（有人稱之為鎳不銹）。奧氏體型不銹鋼典型的牌號為0Crl8Ni9，即“304”和1Crl8Ni9Ti。

2.低碳鋼和奧氏體不銹鋼在物理性能、化學(xué)性能和機械性能上的差異。

2.1物理性能，1Crl8Ni9Ti不銹鋼與Q235鋼相比，①低的熱導(dǎo)率，不到低碳鋼的1/3倍。②高的電阻率，為低碳鋼的近5倍。③大的線膨脹系數(shù)，比低碳鋼高40%左右。

2.21Cr18Ni9Ti不銹鋼與Q235鋼化學(xué)成分的比較，兩種金屬的化學(xué)成分存在著較大的差異，1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中不但含有較高的合金元素，而且含碳量也比Q235鋼低60%左右。當(dāng)兩種金屬焊接時，Q235鋼就會對焊接接頭進行稀釋，造成焊接接頭的組織成分分布不均勻。

2.31Crl8Ni9Ti不銹鋼與Q235鋼機械性能的比較，1Crl8Ni9Ti不銹鋼與Q235鋼的機械性能相差較大，焊接時就會存在一定的困難，焊接接頭就會出現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象。

3.裂紋產(chǎn)生的機理

石化裝置壓力管道的Q235鋼管與lcr18Ni9Ti不銹鋼閥門連接的焊縫，進行補焊時所產(chǎn)生裂紋的問題進行分析，原因有以下幾個方面：

3.1補焊時，由于時間太緊，開的坡口小，造成焊接接頭中溶入過多的Q235鋼成分，熔入的母材對焊縫金屬有稀釋的作用，使焊縫中的奧氏體形成元素的含量減少，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋。

3.2焊接接頭的塑性和韌性降低，導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生裂紋。焊接Q235鋼與lcrl8Ni9Ti不銹鋼時，焊接接頭塑性和韌性降低的主要原因，是在熔合區(qū)出現(xiàn)脆性層，其原因有：①在焊接時，由于熔池邊緣金屬的溫度較低，流動性較差，使熔化的母材金屬和填充材料不能充分混合，其結(jié)果是在Q235鋼一側(cè)的焊縫金屬中，Q235鋼的成分所占比例較大，而且越靠近熔合線，母材所占比例越大。這樣在低碳鋼母材一側(cè)的熔合區(qū)金屬中，容易形成與焊縫金屬內(nèi)部成分不同的脆性層，脆性層的寬度為0.2mm-0.6mm，②由于Q235鋼含碳量比lcrlSNi9Ti不銹鋼高，合金元素含量較少，因而使得Q235鋼對焊縫金屬的稀釋作用較強，使熔合區(qū)的脆性層中含鉻、鎳量減少，造成脆性增加，塑性和韌性下降。

3.3由于兩種金屬性能上差異很大，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)裂紋。在焊接Q235鋼與lcr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼時，由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)、電阻率都比低碳鋼大，而熱導(dǎo)率又比低碳鋼小，焊接后焊縫內(nèi)部會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，當(dāng)熱應(yīng)力值超過焊縫金屬的強度極限時，就會沿熔合線產(chǎn)生裂紋。

4.對出現(xiàn)的裂紋采取的方法和措施

根據(jù)Q235鋼與lcr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼焊接時產(chǎn)生裂紋的原因，采取了以下方法和措施：

4.1嚴格控制焊縫的熔合比。實踐證明，在Q235鋼與lcr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼焊接時，焊縫熔合比控制在30%以下，能有效的防止母材金屬對焊縫金屬的稀釋作用。主要是通過選擇焊接方法、坡口形式、坡口大小和填充材料，來控制熔合比。對Q235鋼與lcr18Ni9Ti不銹鋼焊縫進行補焊時，由于條件的限制，在選擇焊條電弧焊的前提下，就應(yīng)該選擇A307焊條，u型坡口或大V型坡口，并且坡口兩側(cè)50mm都要清理干凈，使得焊縫金屬的抗裂性能顯著提高。

4.2采用過度層。焊接Q235鋼與lcr18Ni9Ti不銹鋼時，可先在Q235鋼的坡口表面上，用含鉻、鎳量高的焊條堆焊一層奧氏體過度層。先用A307或A302作為過度層，在碳鋼一側(cè)的坡口面上堆焊一層，然后再選用A102焊條將過度層與lcr18Ni9Ti不銹鋼焊接。這樣，不但脫碳層區(qū)域變小了，而且也減小了熔合比，降低了焊縫產(chǎn)生裂紋的可能性。

5.結(jié)論

低碳鋼與奧氏體不銹鋼異種材質(zhì)對接焊接中，按石油化工的規(guī)范對焊接工藝進行了工藝認可，所有的無損檢測和性能檢測均符合規(guī)范的要求驗證了此焊接方法的可行性；同時，在石油化工產(chǎn)品上，效果良好，更加充分地驗證了，只要采取恰當(dāng)?shù)暮附邮侄?、精細的工藝措施，加上選用理想的焊接材料，低碳鋼與奧氏體不銹鋼異種材質(zhì)是完全可以焊接連接，并獲得良好的焊接接頭和使用效果的。