壓力管道焊接接頭裂紋原因分析

張華

（鎮江技師學院，江蘇 鎮江 212000）

在設備服役期間，焊縫處是容易產生缺陷的部位，因而在定期檢驗中需要對焊縫進行重點檢測。

1 壓力管道概念

簡單來說，一些易燃易爆物以及一些有毒的物質經常使用壓力管道進行長距離的輸送，對于壓力管道而言，要么是管外有壓力，要么是管內存在壓力，由于這種獨特的情況，因此，在制造壓力管道的時候，焊接工序是異常關鍵的，這就對焊接工人提出了更高的要求，只有精湛的焊接工藝才能制造出高質量的管道，另外，在管道安裝的過程中，也不得不進行焊接，所以焊接技術的好壞對整個安裝起著至關重要的作用，并且高效的焊接能有效提升工程的質量，并能促進系統后期的有效運行。

2 壓力管道焊接中的問題

2.1 焊接壓力管道的打底層

對打底層進行焊接，是焊接過程中最關鍵的一個環節，正常條件下，具體操作過程中經常使用氫弧焊來打底，一般試焊之后才能進行下一步，因為只有在氫氣質量符合條件，且配備足夠的情況下才能保證焊接的質量達標，另外在正常焊接期間還要留意周圍的環境，以防對焊接造成損害，并且要隨時查看焊接的效果，避免產生裂縫。由于重力的作用，常常會使焊縫的下端發生頂板向里面凹陷的情況，為了防止這一情況的發生，最好能用角磨機把接頭的地方磨一下。還有在正常焊接期間，常常采用短弧焊輪流焊接，先于左邊實施起弧操作，一旦坡口融合在一起，就可以進行滅弧，然后右邊進行相同的操作，但左右的熔孔尺寸要接近2mm，不能有太大的區別，并且焊條的斜度要保證前后一致。

2.2 分析管道材質，選擇最合適的焊接工藝評定

由于一種管道對應著一種焊接技術，并且還要采用配套的焊接材料，所以為了有效提高焊接的質量，挑選最佳的焊接技術，要提前對焊接工藝進行評價操作。也就是焊接實驗，這就要求要設置一個模擬的場所，并做好跟正式焊接相一致的準備工作，然后就可以按照約定好的焊接工序開展焊接操作了，當焊接結束后，要按照一定的流程，開展成果的查驗工作，按照具體的操作標準給予合適的評價。其實焊接工藝評定的作用，能夠使焊接工藝更精準，減少正式焊接操作時出錯的概率。所以在沒有開展實際焊接工作的時候，通過一定的實驗驗證焊接工藝的合理性是非常有必要的，這就要求工人首先要明確管道是什么材料，有什么功能，并按照他相應的特點，合理的選擇與之相符合的焊接工藝評定，能促進焊接質量的有效提升。

2.3 冷裂紋的發生原因

大部分管道會在融合線的地方出現裂紋，那是因為接頭的地方有一些淬硬的東西，使得融合線不能有效的發揮作用，并且由于溫度過高，造成焊接處產生較多的氫分子，他們在某個特定的范圍內會減弱裂縫的韌性，尤其是鋼管焊接處，有大量的氫分子圍繞這其周圍，就會使焊接處的抗壓能力降低，從而出現了冷裂縫，因此，在焊接工作結束以后依然會不斷地出現冷裂縫，就是因為氫分子的大量產生所造成的。

3 壓力管道焊接接頭裂紋防控措施

3.1 化學成分及力學性能檢驗

選取管道樣品，利用光譜技術測定它的化學組成，并且在正常溫度下對接頭處進行一定的實驗操作，其中不管是冷彎面彎，還是背彎，通過相應數據的測量，對照GB/T713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》的相關要求，可以確定鋼材的化學組成是沒有問題的，而依據對NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》與GB/T713-2014對接頭和母材的相關性能測定的參數，對照之后可以得出結論都是合格的。其化學成分檢測結果見表1，沖擊性能試驗結果見表2，拉伸性能試驗結果見表3。而不管是退火的還是沒有退火的焊接接頭，因其都存在裂紋，拋光以后用100N的力開展維氏硬度檢測，挨著的兩個硬度點距離1mm，且能夠持續10s，然后依據實驗中的數據畫出硬度曲線，并連同接頭所測硬度的具體部位進行綜合研究，可以發現，不管是已經退火的，還是沒有退火的接頭，焊縫中最硬的地方都是在受熱部位最熱的地方，其中已退火的接頭數值是HV184，而未退火的接頭數值是HV238，而他們最軟的位置也是在受熱部分，數值各是HV148和HV188，兩個地方都有裂紋的發生，那是因為沒有較高的強度，由于受到彎曲載荷的影響，以至于其沒有較大的抵抗力，而在受熱部位的周圍組成焊縫的物質是一些顆粒樣子的貝氏體，所以具有一定的硬度，但是在下面的焊縫處，因為受熱度的作用，相對而言，近表的地方硬度不高，分散的部位也與表面類似。

表1 管材化學成分(質量分數)(%)

表2 焊接接頭沖擊性能

表3 焊接接頭拉伸性能

3.2 提高焊接人員的焊接技術和職業素養

為了更好地對管道進行焊接并有效提高焊接的質量，關鍵在于工人所掌握的焊接技能，因此，要組織工人開展相關的技能學習活動，使他們能夠進行全面的學習，只有他們掌握精湛的技術，才能嚴格地按照操作要求進行焊接，而且所有從事焊接行業的相關人員都必須具有相應的資格證，否則不能開展相應的工作，這可以從一定程度上為焊接的質量提供保障，避免由于人為的原因，而使質量不合格，另外，還要提高焊接工人自身的素質，并促進他們良好職業道德的養成，讓他們意識到焊接工作的重要性，盡最大努力高效地完成派給他們的任務，此外，由于焊接工作不是一個人的獨立操作，所以在焊接的過程中，還要有效培養他們的合作精神，促使他們共同合力完成工作，不要因為一個人的錯誤而使得整項工作不能在約定時間內完工。

3.3 壓力管道焊接方法和工藝

（1）組隊和定位。工人在實施焊接操作之前，應該提前挑選合適的接頭，確保其組隊的間隔，坡口的樣子，以及鈍邊的尺寸都是相匹配的，以便能夠進行更精準的焊接，尤其要注意絕不能出現接頭的背部沒有焊透，或者是向里凹陷此類的情況。（2）填充層。要提前把打底層所出現的焊渣先打掃一遍，然后再進行焊接操作，并且在焊接期間，工人一定要依據相關的規定進行擺放焊條，要求做到兩邊慢，而中間部分快，這樣就能夠確保焊道在填充的時候是平坦的。（3）打底層。打底層的焊接過程中，要注意先預熱，而預熱的過程一般采用長弧，等鐵水像汗珠一樣落在坡口，看準時機要趕緊將電弧調低，并且要不停的左右移動，一旦滅弧完成，這樣熔池座就產生了，然后再次起弧，并且要與坡口相對應，然后把焊條頂住上面，這樣電弧就能夠全部進入管道里面，有效避免了管壁的外面向下陷而出現凹槽。（4）蓋面層。施工人員在進行蓋面層施工操作的過程中，也要選擇與填充層相同的焊接工藝，并且要確保均勻的擺動焊條，以便焊接出比較漂亮的焊縫。（5）封底層。在蓋面層焊接結束后，應該對管道里面的焊道再次實施融化操作，并連同封底一起完成，這樣能使得所做焊接的焊縫形狀大小類似，確保焊接的效果讓人滿意。（6）焊接后。在所有的焊接工作結束后，焊接工人還要依據相關的標準對焊接處采用防腐蝕，X光探傷等方法進行相關的檢驗，確保焊接工作的質量高標準地完成。

3.4 對壓力管道材料的質量控制

不同管道所選擇的材料是決定物質能否有效輸送的關鍵，所以要對其進行嚴格的質量監管，尤其要對設計方案采用什么樣的管道，運送什么樣的物質和管道的適用條件進行嚴格的查驗，另外，還要綜合分析焊接等各種因素，確保以最低的價格實現質量最優化，當管道的直徑較小時，同一類型中又分為不同的等級，所選用的材料也是一樣的，當管道的直徑較大，承受的壓力較大時，一定要經過有關單位的審核認證，才能夠正常使用，并且在具體施工之前，還要經過再次的抽查和復核，并且不管是那種管道都要有相應的資格認證，并具備質量檢測等一系列的文件證明，還要有相應的ts標識。

3.5 強化裂紋區域的控制

首先要采用一定的方法進行預防，可以把冷裂紋作為參考標準，通過堿性焊條有效控制管內所產生的氫分子的數量，并最大程度的使其減少，才能有效提高管道的塑性，但是在操作期間應遵循有關的質量要求在一定范圍內減弱對應力，并在焊接結束后，采用相應的熱保護，避免金屬在較短時間內變涼，并且在實施焊接操作的時候，一定要先進行預熱，焊接操作結束之后，也要用一定的方法控制其慢慢降溫，防止焊接材料出現潮濕的現象，并且在焊接期間還要及時清掃接頭處的一些焊渣，當焊接過程結束，為確保焊接的丞相，一定要對清風這個數量進行有效控制。其次，為了有效預防熱裂紋的產生，需要注意以下幾點，（1）一定要嚴格按照焊接的工序實施焊接操作，并且為了有效減少雜質的產生，焊劑一定要選用堿性的。（2）為了避免中清閑裂縫變大，要從焊縫的形成角度分析，采取一定的措施，對管內的化學組成進行有效干預，選用熱敏物質，防止預熱時溫度過高，從而分散焊接時的對應力。

4 結語

總之，良好的焊接技術和焊接質量不僅能夠延長壓力管道的使用年限，也能夠讓壓力管道在使用中的性能更加穩定。