因康洛依800H裂纹产生原因分析及焊接处理

作者:杨永磊;李海强;杨添程 刊名:焊接技术 上传者:陈远璋

【摘要】针对因康洛依800H Ni基合金炉管裂纹产生原因进行分析,并对裂纹焊接处理的有关问题进行了阐述;讲述裂纹彻底切除和先堆焊的优缺点;论证修复时降低焊缝拘束度以减小残余应力的具体操作。

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某甲醇装置转化炉炉管,材质为因康洛依800HNi基合金,由于在长期连续运行,负荷、温度波动较大,北方气候寒冷,昼夜温差大,炉管温度升降很快,振动过大,使由于焊接清理不彻底或高温运行过的Ni基合金中的各种裂纹源不断扩大,也有些裂纹是因为长期高温运行使原有材质组织成分发生变化,形成淬硬组织,在结构应力或其他外界载荷的作用下导致开裂。转化炉炉管内部介质中含有大量的氢,氢的渗入使材质不断形成裂纹源,也是导致开裂的重要原因。1裂纹产生原因分析1.1母材的化学成分因康洛依800H的化学成分见表1。1.2热裂纹的影响在焊接因康洛依800HNi基合金时,所选用的焊材是因康镍182,这是典型的Ni基焊材,该焊材焊接时由于装配顺序不合理,应力较大,镍的热导率小,热输入过大,高温停留时间过长,焊接熄弧太快,没有填满弧坑,就会产生弧坑裂纹(图1),而再继续焊接前却没有彻底清除,有极小的一部分残留在焊缝中,加之在射线探伤时,又很容易被判断为合格或气孔。也有一些是由于长期超温,在热循环峰值温度的作用下,使接头最薄弱的半熔合区形成细小液化裂纹。这些极小的裂纹就是冷裂纹、再热裂纹、疲劳裂纹的源头,经过多次的温度波动,就会受到结构应力及其他外界载荷的影响,使其蔓延。1.3焊接缺陷的危害Ni基焊材的焊接特点除了产生弧坑裂纹以外,还会因液态镍在凝固时,有害气体O2,H,CO2等不易逸出形成气孔。由于热输入较小以及一些氧化物的形成使其产生的夹杂或未熔合(图2)等焊接缺陷,其同样是各种裂纹的源头。图2所示的就是焊接缺陷未熔合引起的裂纹断口。表1因康洛依800H化学成分(质量分数)(%)NiCrFeCMn30.035.019.023.039.50.050.101.5SCuAlTiSi0.0150.750.150.600.150.601.0图1弧坑热裂纹弧坑裂纹图2焊接缺陷引起的裂纹断口焊接缺陷引起的裂纹断口焊接缺陷未熔合1.4再热裂纹的形成虽然许多资料对因康洛依800HNi基合金进行了各种性能的分析,其不易产生再热裂纹,但是旧材质理化分析结果和裂纹产生的部位、形状,证明还是有大量的再热裂纹形成(图3)。这是由于该材质经过多次超温,多次降温,还有些是在修复时没有彻底清除,再次加热时使原有的裂纹或裂纹源不断扩大而导致的。1.5蠕变裂纹的形成蠕变裂纹一般都产生在直径较小或管壁较薄的管道内部,如转化炉准32mm的猪尾管,就有蠕变裂纹形成(图4),这是由于管壁薄,直径小,吸热和热导率远远小于大直径厚壁管道,长期的高温运行,就会造成运行温度点超出因康洛依800HNi基合金高温屈服点的温度点,猪尾管又承受着很大的疲劳载荷,使其连续塑性变形,在变形过程中内外具有一定的温差,就产生了平行于管道轴线的裂纹。蠕变裂纹图4管口内的蠕变裂纹1.6晶界、应力腐蚀裂纹的产生晶界、应力腐蚀裂纹是偶尔出现在因康洛依800HNi基合金直径小管壁较薄的管道上(图5)。它是由于长期高温工作,C渗入母材的深度要比渗入大管道母材要大得多,另外焊接小管时热输入也要比焊接大管的热输入大得多,焊接过程不易控制道间温度,就形成了大量的脆性高、塑性差的碳化铬,在各种外界载荷、焊接残余应力和腐蚀介质共同作用下导致沿晶界开裂。母材原始内表面图3形成的再热裂纹再热裂纹断口粗晶区焊趾晶界腐蚀裂纹图5晶界腐蚀裂纹2裂纹的焊接修复笔者以厚度为25mm的管道焊仰位为例,对裂纹的焊接修复作了详细说明。2.1对裂纹准确定位,彻底清除为了快速准确地将裂纹清除,必须进行射线和着色检测,来确定裂纹的深度、范围和走向,以便为彻底切除提供有利的条件,以防打磨时范围过大或

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