壓力管道焊接接頭裂紋原因分析

宋吉全

摘要：在工業生產中，一些企業會用到鍋爐壓力容器設備，由于該設備運轉環境較為特殊，所以易產生各類運行問題。做好壓力管道檢驗十分重要，在檢驗過程中，裂紋是一種常見問題，也是較為嚴重的問題。因此，在檢驗中如何快速地找出裂紋，采取措施解決管道裂紋問題非常有必要，這對于設備機組穩定運行至關重要。本文主要分析壓力管道焊接接頭裂紋原因。

關鍵詞：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備，保障管道質量合格是管道安全運行的前提。根據管道設計承壓能力采用不同材質，同時分為不同級別[1-3]。某中壓管道使用Q345R鋼正火板材料，管線的規格是φ700mm×18mm和φ1300mm×24mm，設計壓力2.2MPa，工作壓力2.0MPa，采用板材下料—板單元卷板—縱縫對接—筒單元滾圓—退火—筒單元環縫對接的制造工藝流程，使用氣保焊進行焊接，在對焊接接頭進行無損探傷時發現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中裂紋的問題

1.1蠕變裂紋

由于長期受到高溫影響以及應力粘合作用，壓力管道容易出現蠕變開裂現象，導致管道金屬結構出現損壞，管道部分區域出現變形問題，降低了壓力管道的安全性。通常情況下，蠕變開裂多發生于集管熱影響區、高溫蒸汽管、加熱膨脹管等區域。蠕變開裂特征十分明顯，裂紋方向大多都是與最大拉應力垂直，裂紋的走勢通常為曲折形式，出現裂紋的區域面積較大，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域內。蠕變問題還有一些細微的特征，例如蠕變孔，在裂紋區域會分布一些不規則的小孔，裂紋孔形狀普遍為橢圓形。此外，裂紋在焊縫受損區域排列較為特殊，大多與焊縫方向平行分布，裂紋會順著焊縫表面延伸至焊縫內容，主裂紋兩側的平行微裂紋則會沿晶粒進行分布，向著主裂紋的邊界進行擴展，形成裂紋區。

1.2應力腐蝕裂紋

管道在受到應力作用下，或者接觸到腐蝕質時，也會出現裂紋現象。大多情況下，這類裂紋在集裝箱管座內、汽水管道等區域出現的頻次較高。通過分析該類裂紋機理可知，大多情況下管道裂紋特點為垂直性，這是因為管道受到為外界荷載過大而引起的，隨著溫度的提升，管道荷載壓力環境出現變化，加之管道元件與循環水接觸，所以管道的強度則會變弱，如果管道承受的荷載達到了臨界值，那么管道非常可能出現變形這類問題，一旦管道變形程度超過了材質強度范圍，則會形成應力裂紋。

2、壓力容器壓力管道裂紋處理方案

2.1焊接過程質量控制

在進行壓力管道正式焊接前，要依據管道焊接試驗在焊接工藝評定的基礎編寫焊接工藝指導書。在具體焊接開始前應做好準備工作，包含焊接材料的檢查，管道的接縫清理，焊前預熱、焊后后熱處理等相關工作。焊接過程中要嚴格按照焊接工藝指導書進行焊接，如指導中規定的焊接電壓電流及焊道寬度，焊接速度等等。焊接人員應該按照指導書中的焊接工藝以及焊接標準完成焊接。焊接時應采取措施確保現場實際焊接環境符合與焊接工藝指導書中規定的焊接環境要求，避免在焊接完成后出現返工情況。

2.2焊接人員的質量控制

焊接人員的焊接工藝以及焊接方法，是對壓力管道焊接質量的重要保障之一。操作人員的技術能力以及操作水平和綜合素質，都會對壓力管道焊接造成不同程度的影響。所以對于管理人員應當首先建立完善的焊接管理制度，要明確進行焊接施工的相關人員的具體工作范圍以及施工標準。要求施工人員應當嚴格按照施工技術標準以及施工規范，進行焊接工藝的具體操作，避免出現焊接質量問題。在具體施工過程當中，應指派專業程度較高的工程人員對焊接操作進行現場指導。這樣更容易發現焊接中存在的各類問題，并進行現場指導，使得焊接質量得到最大化的提升。

2.3施工現場的質量控制措施

要實現壓力管道良好的焊接效果，就需要對參與進行壓力管道焊接的施工人員進行管理。通過規章制度與施工規范來約束焊接人員在施工過程中的各類操作。并對其施工過程中存在的問題進行現場糾正和指導，保證焊接人員在進行焊接過程中能夠符合焊接標準，提升壓力管道的焊接質量。除了對施工人員進行管理之外，還要對現場的焊接設備以及焊接材料進行管理。如在焊接過程中能保持焊條的干燥，要對焊條進行烘干處理。在進行烘干處理時，要保證烘干設備的溫度以及烘干時間。除此之外要保證焊接材料的含水率符合要求，對已經焊接完成的部分進行全面的檢驗，對于出現的焊接問題要進行及時的返工以及補焊工作。

2.4對焊縫內部質量的無損探傷檢驗

在檢測壓力管道焊縫內部質量時，常用的無損探傷檢驗為射線透照檢測與超聲檢測技術。通過射線透照檢測技術能夠更加準確的采集焊縫內部的質量參數信息，同時采集到的檢驗結果也更加直觀。首先對焊縫部位發射超聲波，通過獲得的聲波反饋就能分析得出焊縫內部質量的實際情況。在對焊縫內部結構進行無損探傷檢驗時，必須注意保證焊縫已經經過24h的完全冷卻，這樣獲得檢測結果才更加準確。

2.5維護保養對事故隱患的影響以及防治措施

在壓力管道長期使用后，管道內部的防腐涂層、密封件都會發生磨損或老化問題，此時就會影響到整個管線的密封狀態以及耐腐蝕狀態，存在安全隱患。因此必須定期做好檢查與維護保養工作，及時清理管道內壁上附著的污垢，保證管路通暢;如發現防腐涂層出現缺損，要及時補刷防腐涂層;當發現管材、零部件出現老化、磨損問題時，應及時予以更換;對松動的支撐件、固定件要及時加固、擰緊。

結束語：

鋼材復驗的結果滿足標準要求，焊接接頭力學性能滿足規范要求。裂紋一般在靠近熔合線附近的焊縫中產生，裂紋的深度與接頭成形狀況直接相關，成形越差，裂紋深度越大，為穿晶斷裂形式裂紋。在返修補焊的焊接接頭焊趾處過渡圓滑，未發現此處有裂紋產生。建議在滾圓前將焊縫余高打磨光滑，對于打磨裂紋焊道低于母材且裂紋較淺時，可進行補焊。

參考文獻：

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

[2]趙朝貴.壓力管道焊接技術與質量控制探究[J].居舍，2020（26）：84-85.