劉宏偉

1.概述

甲醇塔材質(zhì)為14m m厚的16MnR和3mm304L復(fù)合鋼板；焊材：E5015、E308L—16；過(guò)渡層焊材：E309—16。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焊縫的熱影響區(qū)部位出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)PT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊縫的熱影響區(qū)部位存在大量裂紋（見(jiàn)圖1），現(xiàn)場(chǎng)覆膜金相分析認(rèn)為是由于不銹鋼晶間腐蝕造成的。筆者對(duì)腐蝕部位取樣后進(jìn)行了理化檢驗(yàn)，并對(duì)腐蝕的原因進(jìn)行了分析。

2.試驗(yàn)方法與結(jié)果

焊縫的化學(xué)成分分析在德國(guó)SPECTROMAXX直讀光譜儀上進(jìn)行，晶間腐蝕試驗(yàn)采用GB/T4334—2008方法E“不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法”，金相檢查在GX51F金相顯微鏡上進(jìn)行。

圖1

（1）宏觀分析 由圖1可以初步認(rèn)定裂紋源從不銹鋼焊縫面的熱影響區(qū)開(kāi)始，逐步滲透到碳鋼。

（2）化學(xué)成分分析 不銹鋼焊縫處化學(xué)成分如表1所示，過(guò)渡層化學(xué)成分如表2所示，可見(jiàn)化學(xué)成分均達(dá)到GB/T983標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）晶間腐蝕試驗(yàn) 試驗(yàn)采用GB/T4334—2008方法E“不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法”，試樣經(jīng)加熱至650℃、保溫2h空冷的敏化處理后，在硫酸-硫酸銅溶液微沸狀態(tài)下16h，經(jīng)彎曲后在10倍放大鏡下觀察未發(fā)現(xiàn)因晶間腐蝕產(chǎn)生的裂紋，彎曲試樣如圖2所示。

表1 不銹鋼焊縫處化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 過(guò)渡層化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（4）金相檢測(cè) 在裂紋處的橫向、縱向分別取樣，磨拋后經(jīng)王水和4%硝酸酒精溶液分別侵蝕后，橫斷面顯微組織（200×）為奧氏體和鐵素體，為正常組織，裂紋處未見(jiàn)沿晶間發(fā)展（見(jiàn)圖3、圖4）?？v斷面顯微組織（200×）：不銹鋼覆層和過(guò)渡層為奧氏體+鐵素體，基體為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，為正常組織（見(jiàn)圖5、圖6），但在沿著熔合線(xiàn)處基體浮出并污染到不銹鋼表面（見(jiàn)圖7、圖8），而表面裂紋源就是由此產(chǎn)生（見(jiàn)圖3）。

3.分析與討論

在對(duì)甲醇塔出現(xiàn)的裂紋處進(jìn)行的理化檢測(cè)（金相組織、晶間腐蝕、化學(xué)分析等）可看出，塔體所用材料（母材和焊材）均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，晶間腐蝕試驗(yàn)也未見(jiàn)有晶間腐蝕傾向，微觀組織也是正常焊接后組織，裂紋處未見(jiàn)沿晶間發(fā)展，因此，可以排除是由于晶間腐蝕所造成。但焊接中造成基體（低合金鋼）浮出污染到覆層不銹鋼表面，從而會(huì)使焊縫被污染的覆層處先被腐蝕而開(kāi)裂，進(jìn)而造成塔體由于應(yīng)力作用而大面積開(kāi)裂現(xiàn)象（見(jiàn)圖9）。從現(xiàn)有的情況認(rèn)為裂紋只局限于焊縫周?chē)ê缚p原有寬度為22mm左右），依據(jù)此分析制定了焊補(bǔ)措施。

圖2

圖3 橫斷面顯微組織（200×）

圖4 橫斷面顯微組織（200×）

圖5 復(fù)層不銹鋼（200×）

圖6 過(guò)渡層與基體（200×）

圖7 縱斷面基體浮出

圖8 縱斷面基體浮出（200×）

圖9

4.焊補(bǔ)措施

通過(guò)上述分析，采取以下焊接修復(fù)要求及工藝，完成對(duì)裂紋的修復(fù)。

（1）原塔體補(bǔ)焊 采用焊條電弧焊（SMAW），基層選用φ3.2mm的J507焊條，過(guò)渡層選用φ3.2mm的E309—16焊條，蓋面層選用φ3.2mm的E308L—16焊條，焊前將焊條按規(guī)定進(jìn)行烘烤，隨用隨取。

用滲透探傷確定裂紋位置及長(zhǎng)度，然后用砂輪打磨的方法清除裂紋，先從裂紋兩端開(kāi)始打磨，把有缺陷位置打磨成U形槽，再進(jìn)行滲透探傷檢測(cè)裂紋是否完全被清除，直到確認(rèn)被清除后方可施焊。

每層焊完后必須用滲透探傷檢查是否有裂紋，然后方可繼續(xù)施焊，避免新的裂紋產(chǎn)生。為了減少熔合比，焊接過(guò)程要小電流，快速焊，短弧操作，盡量不擺動(dòng)焊條，不連續(xù)施焊，嚴(yán)格控制層間溫度≤100℃，層間清渣要徹底，焊接層數(shù)依據(jù)裂紋深度確定。

基層焊完后用砂輪打磨干凈進(jìn)行滲透探傷檢查，合格后方可進(jìn)行過(guò)渡層及覆層的焊接，過(guò)渡層及覆層的焊接如基層。覆層焊完打磨與覆層母材平齊并進(jìn)行滲透探傷檢查合格，最后進(jìn)行射線(xiàn)探傷檢查。焊接參數(shù)如表3所示。

（2）補(bǔ)貼不銹鋼鋼板 為了保證使用，防止出現(xiàn)仍有基層浮出污染覆層現(xiàn)象，增加了一項(xiàng)措施即沿焊縫處補(bǔ)貼一層寬度為60mm，厚度為3mm的304L不銹鋼板，如圖10所示，焊接簡(jiǎn)圖如圖11所示，焊接參數(shù)如表4所示。

焊接前清除坡口兩側(cè)20～25mm范圍內(nèi)的鐵銹、水分、毛刺和油污等，層間清理干凈，焊前將焊條按規(guī)定進(jìn)行烘烤，隨用隨取，層間溫度≤150℃，焊后進(jìn)行外觀檢查、滲透檢查。

表3 焊接參數(shù)

表4 焊接參數(shù)

圖10

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)裂紋產(chǎn)生原因分析，排除了現(xiàn)場(chǎng)覆膜金相分析判斷即裂紋是因不銹鋼晶間腐蝕造成，認(rèn)為裂紋的出現(xiàn)是由于焊接時(shí)過(guò)渡層未完全覆蓋基層（低合金鋼）金屬，故使得基層浮出污染覆層，污染處先被腐蝕，進(jìn)而造成塔體焊縫沿?zé)嵊绊憛^(qū)延伸開(kāi)裂現(xiàn)象。采取焊補(bǔ)措施經(jīng)過(guò)滲透檢查，該甲醇塔經(jīng)近一年的運(yùn)行情況，認(rèn)為此方法是可行的。20140318

圖11