壓力管道焊接接頭裂紋原因分析

宋吉全

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，一些企業(yè)會(huì)用到鍋爐壓力容器設(shè)備，由于該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境較為特殊，所以易產(chǎn)生各類運(yùn)行問(wèn)題。做好壓力管道檢驗(yàn)十分重要，在檢驗(yàn)過(guò)程中，裂紋是一種常見(jiàn)問(wèn)題，也是較為嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，在檢驗(yàn)中如何快速地找出裂紋，采取措施解決管道裂紋問(wèn)題非常有必要，這對(duì)于設(shè)備機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文主要分析壓力管道焊接接頭裂紋原因。

關(guān)鍵詞：焊接接頭;裂紋;失效分析

引言：

壓力管道作為輸送液體或氣體的管狀特種設(shè)備，保障管道質(zhì)量合格是管道安全運(yùn)行的前提。根據(jù)管道設(shè)計(jì)承壓能力采用不同材質(zhì)，同時(shí)分為不同級(jí)別[1-3]。某中壓管道使用Q345R鋼正火板材料，管線的規(guī)格是φ700mm×18mm和φ1300mm×24mm，設(shè)計(jì)壓力2.2MPa，工作壓力2.0MPa，采用板材下料—板單元卷板—縱縫對(duì)接—筒單元滾圓—退火—筒單元環(huán)縫對(duì)接的制造工藝流程，使用氣保焊進(jìn)行焊接，在對(duì)焊接接頭進(jìn)行無(wú)損探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)部分管道縱焊縫存在裂紋缺陷。

1、鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中裂紋的問(wèn)題

1.1蠕變裂紋

由于長(zhǎng)期受到高溫影響以及應(yīng)力粘合作用，壓力管道容易出現(xiàn)蠕變開(kāi)裂現(xiàn)象，導(dǎo)致管道金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，管道部分區(qū)域出現(xiàn)變形問(wèn)題，降低了壓力管道的安全性。通常情況下，蠕變開(kāi)裂多發(fā)生于集管熱影響區(qū)、高溫蒸汽管、加熱膨脹管等區(qū)域。蠕變開(kāi)裂特征十分明顯，裂紋方向大多都是與最大拉應(yīng)力垂直，裂紋的走勢(shì)通常為曲折形式，出現(xiàn)裂紋的區(qū)域面積較大，而且各條裂紋大多以平行排列的方式排列，主裂紋位置大多在裂紋中部區(qū)域內(nèi)。蠕變問(wèn)題還有一些細(xì)微的特征，例如蠕變孔，在裂紋區(qū)域會(huì)分布一些不規(guī)則的小孔，裂紋孔形狀普遍為橢圓形。此外，裂紋在焊縫受損區(qū)域排列較為特殊，大多與焊縫方向平行分布，裂紋會(huì)順著焊縫表面延伸至焊縫內(nèi)容，主裂紋兩側(cè)的平行微裂紋則會(huì)沿晶粒進(jìn)行分布，向著主裂紋的邊界進(jìn)行擴(kuò)展，形成裂紋區(qū)。

1.2應(yīng)力腐蝕裂紋

管道在受到應(yīng)力作用下，或者接觸到腐蝕質(zhì)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。大多情況下，這類裂紋在集裝箱管座內(nèi)、汽水管道等區(qū)域出現(xiàn)的頻次較高。通過(guò)分析該類裂紋機(jī)理可知，大多情況下管道裂紋特點(diǎn)為垂直性，這是因?yàn)楣艿朗艿綖橥饨绾奢d過(guò)大而引起的，隨著溫度的提升，管道荷載壓力環(huán)境出現(xiàn)變化，加之管道元件與循環(huán)水接觸，所以管道的強(qiáng)度則會(huì)變?nèi)酰绻艿莱惺艿暮奢d達(dá)到了臨界值，那么管道非常可能出現(xiàn)變形這類問(wèn)題，一旦管道變形程度超過(guò)了材質(zhì)強(qiáng)度范圍，則會(huì)形成應(yīng)力裂紋。

2、壓力容器壓力管道裂紋處理方案

2.1焊接過(guò)程質(zhì)量控制

在進(jìn)行壓力管道正式焊接前，要依據(jù)管道焊接試驗(yàn)在焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)編寫焊接工藝指導(dǎo)書。在具體焊接開(kāi)始前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，包含焊接材料的檢查，管道的接縫清理，焊前預(yù)熱、焊后后熱處理等相關(guān)工作。焊接過(guò)程中要嚴(yán)格按照焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行焊接，如指導(dǎo)中規(guī)定的焊接電壓電流及焊道寬度，焊接速度等等。焊接人員應(yīng)該按照指導(dǎo)書中的焊接工藝以及焊接標(biāo)準(zhǔn)完成焊接。焊接時(shí)應(yīng)采取措施確?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接環(huán)境符合與焊接工藝指導(dǎo)書中規(guī)定的焊接環(huán)境要求，避免在焊接完成后出現(xiàn)返工情況。

2.2焊接人員的質(zhì)量控制

焊接人員的焊接工藝以及焊接方法，是對(duì)壓力管道焊接質(zhì)量的重要保障之一。操作人員的技術(shù)能力以及操作水平和綜合素質(zhì)，都會(huì)對(duì)壓力管道焊接造成不同程度的影響。所以對(duì)于管理人員應(yīng)當(dāng)首先建立完善的焊接管理制度，要明確進(jìn)行焊接施工的相關(guān)人員的具體工作范圍以及施工標(biāo)準(zhǔn)。要求施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及施工規(guī)范，進(jìn)行焊接工藝的具體操作，避免出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題。在具體施工過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)指派專業(yè)程度較高的工程人員對(duì)焊接操作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。這樣更容易發(fā)現(xiàn)焊接中存在的各類問(wèn)題，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，使得焊接質(zhì)量得到最大化的提升。

2.3施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制措施

要實(shí)現(xiàn)壓力管道良好的焊接效果，就需要對(duì)參與進(jìn)行壓力管道焊接的施工人員進(jìn)行管理。通過(guò)規(guī)章制度與施工規(guī)范來(lái)約束焊接人員在施工過(guò)程中的各類操作。并對(duì)其施工過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)糾正和指導(dǎo)，保證焊接人員在進(jìn)行焊接過(guò)程中能夠符合焊接標(biāo)準(zhǔn)，提升壓力管道的焊接質(zhì)量。除了對(duì)施工人員進(jìn)行管理之外，還要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的焊接設(shè)備以及焊接材料進(jìn)行管理。如在焊接過(guò)程中能保持焊條的干燥，要對(duì)焊條進(jìn)行烘干處理。在進(jìn)行烘干處理時(shí)，要保證烘干設(shè)備的溫度以及烘干時(shí)間。除此之外要保證焊接材料的含水率符合要求，對(duì)已經(jīng)焊接完成的部分進(jìn)行全面的檢驗(yàn)，對(duì)于出現(xiàn)的焊接問(wèn)題要進(jìn)行及時(shí)的返工以及補(bǔ)焊工作。

2.4對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量的無(wú)損探傷檢驗(yàn)

在檢測(cè)壓力管道焊縫內(nèi)部質(zhì)量時(shí)，常用的無(wú)損探傷檢驗(yàn)為射線透照檢測(cè)與超聲檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)射線透照檢測(cè)技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確的采集焊縫內(nèi)部的質(zhì)量參數(shù)信息，同時(shí)采集到的檢驗(yàn)結(jié)果也更加直觀。首先對(duì)焊縫部位發(fā)射超聲波，通過(guò)獲得的聲波反饋就能分析得出焊縫內(nèi)部質(zhì)量的實(shí)際情況。在對(duì)焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損探傷檢驗(yàn)時(shí)，必須注意保證焊縫已經(jīng)經(jīng)過(guò)24h的完全冷卻，這樣獲得檢測(cè)結(jié)果才更加準(zhǔn)確。

2.5維護(hù)保養(yǎng)對(duì)事故隱患的影響以及防治措施

在壓力管道長(zhǎng)期使用后，管道內(nèi)部的防腐涂層、密封件都會(huì)發(fā)生磨損或老化問(wèn)題，此時(shí)就會(huì)影響到整個(gè)管線的密封狀態(tài)以及耐腐蝕狀態(tài)，存在安全隱患。因此必須定期做好檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作，及時(shí)清理管道內(nèi)壁上附著的污垢，保證管路通暢;如發(fā)現(xiàn)防腐涂層出現(xiàn)缺損，要及時(shí)補(bǔ)刷防腐涂層;當(dāng)發(fā)現(xiàn)管材、零部件出現(xiàn)老化、磨損問(wèn)題時(shí)，應(yīng)及時(shí)予以更換;對(duì)松動(dòng)的支撐件、固定件要及時(shí)加固、擰緊。

結(jié)束語(yǔ)：

鋼材復(fù)驗(yàn)的結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接接頭力學(xué)性能滿足規(guī)范要求。裂紋一般在靠近熔合線附近的焊縫中產(chǎn)生，裂紋的深度與接頭成形狀況直接相關(guān)，成形越差，裂紋深度越大，為穿晶斷裂形式裂紋。在返修補(bǔ)焊的焊接接頭焊趾處過(guò)渡圓滑，未發(fā)現(xiàn)此處有裂紋產(chǎn)生。建議在滾圓前將焊縫余高打磨光滑，對(duì)于打磨裂紋焊道低于母材且裂紋較淺時(shí)，可進(jìn)行補(bǔ)焊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)銀.壓力管道工程焊接技術(shù)與質(zhì)量控制[J].居舍，2020（27）：82-83.

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