某天然氣場(chǎng)站臥式過(guò)濾器B2焊縫裂紋調(diào)查分析

聶國(guó)濤 方軍

摘要：2018年，某天然氣場(chǎng)站臥式過(guò)濾器（編號(hào)為R093012）的B2焊縫在進(jìn)行設(shè)備定檢時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋。由于在2013年此過(guò)濾器的A2焊縫也曾發(fā)生過(guò)裂紋事件，自2013年至2017年均未發(fā)現(xiàn)B2焊縫裂紋，輸油氣分公司擔(dān)心此設(shè)備焊縫存在系列性缺陷問(wèn)題，或者此焊縫裂紋屬于擴(kuò)展裂紋，因此，輸油氣分公司委托對(duì)此次裂紋開展調(diào)查。通過(guò)對(duì)此設(shè)備焊縫的設(shè)計(jì)、材料、焊接性以及現(xiàn)場(chǎng)缺陷處理情況見證，綜合分析得出焊縫屬于層間未熔合缺陷，并非系列性缺陷問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：臥式過(guò)濾器;焊縫裂紋;未熔合

一、設(shè)備及裂紋基本信息

R093012臥式過(guò)濾器是2009年由HDXX公司生產(chǎn)的設(shè)備，過(guò)濾器設(shè)計(jì)壓力12.6Mpa，試驗(yàn)壓力18MPa，設(shè)備主體材料為16MnDR。2018年10月29日下午，特檢院在壓氣站進(jìn)行壓力容器定期檢驗(yàn)時(shí)，磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)R093012臥式過(guò)濾器設(shè)備本體與快開盲板B2焊縫處存在裂紋，顯示裂紋長(zhǎng)度25mm，打磨深度約3mm，尚未消除。后經(jīng)過(guò)輸油氣公司科服中心渦流振列檢測(cè)，缺陷長(zhǎng)度25mm，深度2.1mm。

二、初步分析

從R093012過(guò)濾器B2焊縫“裂紋”的位置和延展方向初步判斷此“裂紋”可能是以下缺陷中的一種：晶間裂紋、液化裂紋、再熱裂紋、層間未熔合。因設(shè)備具備焊接返修后使用的條件，不能對(duì)缺陷焊縫進(jìn)行破壞性微觀斷面檢測(cè)，因此無(wú)法準(zhǔn)確判斷“裂紋”的形成原因。結(jié)合原始資料、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤處理情況對(duì)R093012過(guò)濾器B2焊縫“裂紋”缺陷產(chǎn)生的可能性采用排除法分析，查找導(dǎo)致該缺陷的最大可能原因，推測(cè)出缺陷類型。

三、分析過(guò)程

3.1.設(shè)計(jì)分析

審核出廠文件中的《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算書》，殼體材料選用16MnDR為常規(guī)材料，滿足使用環(huán)境和介質(zhì)要求。按照GB150的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行殼體強(qiáng)度計(jì)算，殼體厚度56mm滿足強(qiáng)度要求。

3.2.材料分析

R093012過(guò)濾器的板材材質(zhì)為16MnDR，板材原材料證明中Ceq=0.41，材料可焊性良好。使用的焊材是H10Mn2焊絲，焊絲的碳當(dāng)量Ceq=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%=0.39。母材和焊接材料的碳當(dāng)量均小于0.43，說(shuō)明焊接接頭焊接性良好，焊縫“裂紋”缺陷與殼體母材與焊材化學(xué)成分無(wú)關(guān)。

3.3.焊接分析

過(guò)濾器環(huán)焊縫焊接工藝為埋弧自動(dòng)焊，焊接工藝采用U型坡口對(duì)接焊，焊絲H10Mn2，焊劑為SJ102，規(guī)格φ4.0，打底焊電流500-550A，其他焊層電流550-620A，電壓均為32-38V，焊接速度24-32cm/min。焊前預(yù)熱≥50℃，層間溫度≤200℃。該工藝是16MnDR鋼經(jīng)過(guò)了多年實(shí)踐檢驗(yàn)的成熟焊接工藝。R093012過(guò)濾器的熱處理報(bào)告，進(jìn)爐、升溫、保溫、降溫、出爐溫度和溫控時(shí)間均符合GB150-1998標(biāo)準(zhǔn)第10.4.5條焊后熱處理要求和GB150-2011標(biāo)準(zhǔn)第8.5.6條焊后熱處理要求。

由于2015年之前的標(biāo)準(zhǔn)要求射線底片存放期為7年，因此沒(méi)有收集到缺陷部位的射線底片，無(wú)法對(duì)原射線底片復(fù)審。收集到的資料中沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)人員資質(zhì)，也無(wú)法獲知無(wú)損檢測(cè)報(bào)告中的簽字人員資質(zhì)的符合性。

3.4.現(xiàn)場(chǎng)缺陷處理情況分析

對(duì)R093012過(guò)濾器上B2焊縫裂紋邊打磨邊做滲透檢測(cè)驗(yàn)證，該裂紋特征為自焊趾斜向中心延伸至深度約3.5mm。

3.5.綜合分析

在設(shè)備制造廠家的竣工資料真實(shí)、有效前提下，對(duì)R093012過(guò)濾器B2焊縫上“裂紋”是晶間裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、層間未熔合可能性推測(cè)進(jìn)行綜合分析。

晶間裂紋是熱裂紋的一種，是鋼中Cr、Ni元素以及S、P和H等雜質(zhì)造成樹枝狀結(jié)晶，導(dǎo)致各種雜質(zhì)在晶粒邊界上富集，在焊接應(yīng)力、高溫長(zhǎng)時(shí)間熱載荷的條件下從晶界開裂，多出現(xiàn)在鑄件和奧氏體不銹鋼的焊接過(guò)程中。R093012過(guò)濾器的本體材料和焊接材料復(fù)檢證明文件中Cr、Ni、S、P和H等雜質(zhì)沒(méi)有明顯超標(biāo)，該焊縫不具備發(fā)生晶界開裂的條件。

液化裂紋是熱裂紋的另一種，是在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下，在近縫區(qū)或多層焊的層間部位低熔共晶被重新熔化，在拉伸應(yīng)力作用下開裂。主要發(fā)生在鉻鎳高強(qiáng)鋼、奧氏體鋼中，在母材和焊絲中S、P、Si、C偏高時(shí)液化裂紋傾向嚴(yán)重。母材和焊縫金屬的質(zhì)量證明文件和復(fù)檢報(bào)告顯示，熱影響區(qū)及焊縫金屬中S、P、Si、C的含量均較低，可以排除產(chǎn)生液化裂紋的可能性。

再熱裂紋是焊件在焊后一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其它加熱過(guò)程）時(shí)產(chǎn)生的裂紋，其機(jī)理是由于高溫及殘余應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致晶界優(yōu)先滑動(dòng)，使粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的變形量超過(guò)了該部位的塑性變形能力，結(jié)果造成裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展。裂紋通常發(fā)生在熔合線附近的粗晶區(qū)中，從焊趾部位開始，延向細(xì)晶區(qū)停止。其影響因素包括冶金因素和焊接工藝因素。冶金因素有C、Cr、Mo、V、Nb、Ti含量及鋼的雜質(zhì)、晶粒度等對(duì)再熱裂紋的影響;焊接因素包括焊接線能量、預(yù)熱及后熱溫度、焊縫強(qiáng)度、殘余應(yīng)力及應(yīng)力集中等。從制造廠提供的資料中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋼中雜質(zhì)超標(biāo)，焊接時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，在認(rèn)可設(shè)備制造廠家提供的資料均真實(shí)有效前提下，可以排除產(chǎn)生再熱裂紋的可能性。

在排除晶間裂紋、熱裂紋、再熱裂紋發(fā)生可能性后，R093012過(guò)濾器B2焊縫上“裂紋”僅剩下層間未熔合的可能性。該“裂紋”由焊趾斜向焊縫中心，內(nèi)部擴(kuò)展至約3.5mm深，“裂紋”延展方向與最后兩層焊縫金屬之間的界面吻合，確定此“裂紋”為蓋面焊縫金屬與最后一道填充金屬焊肉之間局部層間未熔合缺陷。這種深度較淺的層間未熔合缺陷在射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)中也恰是極容易漏檢和漏評(píng)的缺陷種類。

四、調(diào)查結(jié)論

4.1.調(diào)查結(jié)論

1）R093012過(guò)濾器B2焊縫上的“裂紋”為設(shè)備廠家出廠檢驗(yàn)時(shí)漏檢的層間未熔合缺陷。

2）R093012過(guò)濾器殼體母材及B2焊縫金屬化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果符合GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》16MnDR標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接用埋弧焊絲符合GB/T5293-1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》H10Mn2的標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫缺陷與殼體母材及焊材化學(xué)成分無(wú)相關(guān)性，缺陷焊縫可以通過(guò)補(bǔ)焊返修進(jìn)行修復(fù)。

（中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司?新疆?烏魯木齊?830000）