某天然氣場站臥式過濾器B2焊縫裂紋調查分析

聶國濤 方軍

摘要：2018年，某天然氣場站臥式過濾器（編號為R093012）的B2焊縫在進行設備定檢時發現裂紋。由于在2013年此過濾器的A2焊縫也曾發生過裂紋事件，自2013年至2017年均未發現B2焊縫裂紋，輸油氣分公司擔心此設備焊縫存在系列性缺陷問題，或者此焊縫裂紋屬于擴展裂紋，因此，輸油氣分公司委托對此次裂紋開展調查。通過對此設備焊縫的設計、材料、焊接性以及現場缺陷處理情況見證，綜合分析得出焊縫屬于層間未熔合缺陷，并非系列性缺陷問題。

關鍵詞：臥式過濾器;焊縫裂紋;未熔合

一、設備及裂紋基本信息

R093012臥式過濾器是2009年由HDXX公司生產的設備，過濾器設計壓力12.6Mpa，試驗壓力18MPa，設備主體材料為16MnDR。2018年10月29日下午，特檢院在壓氣站進行壓力容器定期檢驗時，磁粉檢測發現R093012臥式過濾器設備本體與快開盲板B2焊縫處存在裂紋，顯示裂紋長度25mm，打磨深度約3mm，尚未消除。后經過輸油氣公司科服中心渦流振列檢測，缺陷長度25mm，深度2.1mm。

二、初步分析

從R093012過濾器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。因設備具備焊接返修后使用的條件，不能對缺陷焊縫進行破壞性微觀斷面檢測，因此無法準確判斷“裂紋”的形成原因。結合原始資料、現場跟蹤處理情況對R093012過濾器B2焊縫“裂紋”缺陷產生的可能性采用排除法分析，查找導致該缺陷的最大可能原因，推測出缺陷類型。

三、分析過程

3.1.設計分析

審核出廠文件中的《過程設備設計計算書》，殼體材料選用16MnDR為常規材料，滿足使用環境和介質要求。按照GB150的設計要求進行殼體強度計算，殼體厚度56mm滿足強度要求。

3.2.材料分析

R093012過濾器的板材材質為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量均小于0.43，說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成分無關。

3.3.焊接分析

過濾器環焊縫焊接工藝為埋弧自動焊，焊接工藝采用U型坡口對接焊，焊絲H10Mn2，焊劑為SJ102，規格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。焊前預熱≥50℃，層間溫度≤200℃。該工藝是16MnDR鋼經過了多年實踐檢驗的成熟焊接工藝。R093012過濾器的熱處理報告，進爐、升溫、保溫、降溫、出爐溫度和溫控時間均符合GB150-1998標準第10.4.5條焊后熱處理要求和GB150-2011標準第8.5.6條焊后熱處理要求。

由于2015年之前的標準要求射線底片存放期為7年，因此沒有收集到缺陷部位的射線底片，無法對原射線底片復審。收集到的資料中沒有無損檢測人員資質，也無法獲知無損檢測報告中的簽字人員資質的符合性。

3.4.現場缺陷處理情況分析

對R093012過濾器上B2焊縫裂紋邊打磨邊做滲透檢測驗證，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

在設備制造廠家的竣工資料真實、有效前提下，對R093012過濾器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進行綜合分析。

晶間裂紋是熱裂紋的一種，是鋼中Cr、Ni元素以及S、P和H等雜質造成樹枝狀結晶，導致各種雜質在晶粒邊界上富集，在焊接應力、高溫長時間熱載荷的條件下從晶界開裂，多出現在鑄件和奧氏體不銹鋼的焊接過程中。R093012過濾器的本體材料和焊接材料復檢證明文件中Cr、Ni、S、P和H等雜質沒有明顯超標，該焊縫不具備發生晶界開裂的條件。

液化裂紋是熱裂紋的另一種，是在焊接熱循環峰值溫度作用下，在近縫區或多層焊的層間部位低熔共晶被重新熔化，在拉伸應力作用下開裂。主要發生在鉻鎳高強鋼、奧氏體鋼中，在母材和焊絲中S、P、Si、C偏高時液化裂紋傾向嚴重。母材和焊縫金屬的質量證明文件和復檢報告顯示，熱影響區及焊縫金屬中S、P、Si、C的含量均較低，可以排除產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再次加熱（消除應力熱處理或其它加熱過程）時產生的裂紋，其機理是由于高溫及殘余應力的共同作用導致晶界優先滑動，使粗晶區應力集中部位的變形量超過了該部位的塑性變形能力，結果造成裂紋的發生和擴展。裂紋通常發生在熔合線附近的粗晶區中，從焊趾部位開始，延向細晶區停止。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、晶粒度等對再熱裂紋的影響;焊接因素包括焊接線能量、預熱及后熱溫度、焊縫強度、殘余應力及應力集中等。從制造廠提供的資料中沒有發現鋼中雜質超標，焊接時的各項參數符合標準，在認可設備制造廠家提供的資料均真實有效前提下，可以排除產生再熱裂紋的可能性。

在排除晶間裂紋、熱裂紋、再熱裂紋發生可能性后，R093012過濾器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，內部擴展至約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和超聲波檢測中也恰是極容易漏檢和漏評的缺陷種類。

四、調查結論

4.1.調查結論

1）R093012過濾器B2焊縫上的“裂紋”為設備廠家出廠檢驗時漏檢的層間未熔合缺陷。

2）R093012過濾器殼體母材及B2焊縫金屬化學成分檢測結果符合GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》16MnDR標準要求，焊接用埋弧焊絲符合GB/T5293-1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》H10Mn2的標準要求，焊縫缺陷與殼體母材及焊材化學成分無相關性，缺陷焊縫可以通過補焊返修進行修復。

（中國船級社質量認證公司?新疆?烏魯木齊?830000）