13Cr1Mo44钢管板裂纹产生原因分析及处理

作者:杨永磊; 刊名:焊接技术 上传者:邹广顺

【摘要】针对13Cr1Mo44钢管板裂纹产生原因进行分析,对裂纹焊接处理的有关问题进行阐述,讲述原有工艺现场应用存在的缺点以及新型处理方法存在的优点,论证新型处理方法降低焊缝拘束度、减小残余应力、控制反复开裂或裂纹蔓延的具体操作。

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13Cr1Mo44是铬钼钢的一种,该材质管板一般用于冷却高温特种介质的换热器或废热锅炉,经过长期运行,有害杂质不断渗入,使其成分及性能发生巨大变化,而且管板(δ≥40 mm)与管束(δ≥2.5 mm)的厚度差很大,在高温波动、急剧冷却或焊接的作用下,会产生很大的应力,使管板本体或管与板的接口产生裂纹,发生泄漏,影响使用。为了保证生产,延长设备使用寿命,必须进行现场分析处理,但是原有工艺是按照铬钼钢焊接工艺进行编制,作业条件要求高,操作复杂,维修现场往往不能满足工艺需求,所以导致修复部位反复开裂或裂纹蔓延,增加维修范围及费用,使设备无法正常投用。为了确保焊接质量,得到较高的抗拉强度、塑性、韧性等,有效降低焊接成本和劳动强度,便于推广使用,根据维修现场的作业条件,对13Cr1Mo44钢管板裂纹产生原因分析及处理进行了探讨。1裂纹产生原因的分析1.1 13Cr1Mo44钢化学成分的影响13Cr1Mo44钢化学成分见表1,从表1中可看出, 13Cr1Mo44含有一定的C, Cr, Mo,其中Cr,Mo这2种合金元素都是提高钢材淬硬性的主要元素,尤其Mo的作用比Cr的大50倍。它们与C结合冷却到较低温度时向马氏体转变,产生更大的淬硬组织,使整个接头的塑性明显降低。尤其在维修现场焊接利旧管板的过程中,工件较大,作业条件不足,无法满足预热和消氢处理温度,在急剧冷却的作用下就会反复开裂(冷裂纹)或使裂纹蔓延。1.2 H, C, P, S等有害元素的影响任何一种钢材本身都含有一定的H, C, P, S等有害元素,尤其是旧材质,经过长期高温连续运行,输送或储存介质中的有害元素不断渗入同时还在不断氧化,使其组织成分发生巨大变化,使用性能及工艺性能急剧下降。特别是冷却高温特种介质换热器或废热锅炉管板温度波动幅度大且频繁,运行过程中很容易开裂或产生裂纹源,焊接修复时在应力及其他外界载荷的作用下裂纹就会蔓延或产生新的裂纹。H元素的存在产生再热裂纹(图1)和延迟裂纹更是明显。图1再热裂纹CMnSiCrMo0.10~0.0180.40~0.700.10~0.350.70~1.100.45~0.60表1 13Cr1Mo44钢的主要化学成分(质量分数)(%)再热裂纹母材原始面再热裂纹断口粗晶区1.3焊接工艺的影响13Cr1Mo44钢是典型的珠光体耐热钢,焊接时常选用与母材化学成分、力学性能相当的焊材,以提高接头的抗裂性和韧性。但是珠光体耐热钢含有一定的Cr, Mo合金元素,与普通低合金钢相比具有一定的淬硬性,尤其利旧管板中又渗入大量有害元素。焊接所选用焊材如果合金元素补充不足,就不能促进有害元素顺利排出;如果焊前预热和焊后消氢处理温度不足导致急剧冷却,就会增加裂纹或裂纹源形成的几率。1.4焊接缺陷的危害13Cr1Mo44钢的焊接特点除了容易产生冷裂纹、再热裂纹、延迟裂纹以外,还会因凝固时H, N等有害元素不能及时逸出产生气孔,或焊接操作不当产生未熔合(图2)或其他缺陷。焊接缺陷同样是各种裂纹的根源。2原有工艺与新型处理方法的对比2.1原有工艺存在的弊病原有工艺是按照铬钼钢焊接工艺进行编制,选用的是与13Cr1Mo44钢匹配焊材,热处理工艺复杂,作业条件要求高,加热范围大、温度高,控制难度大。焊接时必须以≤200℃/h的加热速度进行200~250℃焊前预热,焊接过程中严格控制层间温度,焊后以同样的加热速度升温至250~300℃,并保温缓冷进行消氢处理。冷却后以≤200℃/h的加热速度升温至400℃,再以<200℃/h的加热速度升温至680℃左右,此温度下恒温1 h后,开始以≤100℃

参考文献

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