淺談熱力管道焊接裂紋產(chǎn)生原因

王德文

摘? ?要：對于城市供熱管道來說，焊接裂紋對管道使用安全有著較為嚴(yán)重的影響，不僅會降低供熱效果，嚴(yán)重時還會直接威脅供熱系統(tǒng)的安全。所以在實(shí)際作業(yè)中，需要對熱力管道焊接裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析和研究，并有針對性地采取解決措施，提高管道焊接質(zhì)量，促進(jìn)供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。文章以某城市供熱管道焊接裂紋為例，對裂紋產(chǎn)生原因、特征進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：熱力管道;焊接裂紋;產(chǎn)生原因

結(jié)合以往焊接經(jīng)驗(yàn)，可將焊接裂紋劃分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂及應(yīng)力腐蝕裂紋5種。由于不同裂紋的產(chǎn)生原因不同，采用的返修工藝也會存在差異，工作人員需要在詳細(xì)了解裂紋產(chǎn)生原因后，制定科學(xué)、合理的返修方案，避免裂紋擴(kuò)大，影響供熱管道的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

1? ? 項(xiàng)目簡介

某城市供熱熱源以火電廠余熱為主，在供熱系統(tǒng)設(shè)置中，供熱管道采用了螺旋焊管，直徑控制在1 000 mm左右，壁厚約10 mm。安裝焊接過程中，管溝底高程控制在2.8 m，采用了鎢極氬弧焊和焊條電弧焊這兩種方式，不過在焊接中發(fā)現(xiàn)，焊口位置出現(xiàn)焊接裂紋，通過對現(xiàn)場情況勘查、原因分析，制定科學(xué)處理方案，其具體內(nèi)容如下。

1.1? 裂紋性質(zhì)判定

本項(xiàng)目中供熱管道材質(zhì)以低碳鋼材質(zhì)為主，具有較好的焊接性能，在實(shí)際作業(yè)中，只要焊接工藝合理將不會產(chǎn)生裂紋。當(dāng)焊接工藝及材質(zhì)出現(xiàn)問題時，大多會存在熱裂紋現(xiàn)象。通過對本項(xiàng)目裂紋位置的研究可以看出，出現(xiàn)裂紋的位置在焊縫中心區(qū)域內(nèi)，并沿著中心位置向縱向方向擴(kuò)展，結(jié)合所學(xué)知識及實(shí)際情況分析，斷定其存在的熱裂紋屬于結(jié)晶裂紋。

1.2? 裂紋產(chǎn)生原因

結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的原因有兩點(diǎn)：一是焊接過程中焊縫內(nèi)存在液態(tài)薄膜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，影響焊接效果.二是拉伸應(yīng)力變化，導(dǎo)致焊縫凝固過程中存在拉伸現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。深入分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，了解到造成裂紋的主要因素如下。

1.2.1? 材料問題

本項(xiàng)目中使用的管材中含有碳、磷、硫、硅、錳等多種元素，其中，碳元素約占0.120%～0.200%，磷元素≤0.045%，硫元素≤0.045%，硅元素≤0.300%，錳元素占0.300%～0.670%。從材料元素的構(gòu)成可知，材料中硫、磷的含量相對較高，存在較多雜質(zhì)，所以在焊接過程中，焊縫中的硫及磷元素會富集在結(jié)晶后的焊縫中心部位，形成低熔點(diǎn)的共晶物，待凝固結(jié)晶后，就會形成一層液態(tài)薄膜，附著在裂縫上，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。另外，使用的焊條材料在實(shí)際作業(yè)中會產(chǎn)生較多熔渣，其屬于酸性渣，其中黏性氧化物，如氧化鈣、氧化錳的含量較少，脫硫、脫磷效率較差，降低了焊縫的抗裂性能，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

1.2.2? 拉伸應(yīng)力影響

拉伸應(yīng)力是造成結(jié)晶裂紋的主要原因，從以往結(jié)晶裂紋原因分析中了解到，結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)都會伴隨較大的拉伸應(yīng)力變化。以下是導(dǎo)致拉伸應(yīng)力變化的原因。

（1）施工環(huán)境較為惡劣，焊接過程中存在明顯的強(qiáng)制組隊(duì)情況，導(dǎo)致焊口組在焊接組裝中存在不適應(yīng)的情況，進(jìn)而增大拉伸應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋。

（2）管底夯實(shí)力度不足，隨著重力增加，管底墊層會出現(xiàn)不均勻沉降，拉伸應(yīng)力會在沉降過程中逐漸集中到焊縫位置上，使得焊縫承受較大應(yīng)力，其自身抵抗能力較弱，應(yīng)力的加大很容易導(dǎo)致其出現(xiàn)裂紋。

（3）焊接過程中，因加熱和冷卻控制的不均勻，使得焊縫位置內(nèi)應(yīng)力增加，加大了拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生[1]。

2? ? 返修工藝

2.1? 缺陷清理

本項(xiàng)目中產(chǎn)生裂紋所處管道屬于固定焊接管道，無法移動和翻轉(zhuǎn)，所以在裂縫處理前，應(yīng)先了解和掌握裂縫情況，需要利用X射線，通過無損探傷方式對裂紋的尺寸、規(guī)格及具體位置予以掌握。通過觀測得出，裂紋長度約52 mm，寬度約3.5 mm，且集中在蓋面層位置。確定裂紋位置后利用記號筆予以標(biāo)注，之后利用氧乙炔火焰將焊道兩側(cè)大約200 mm的范圍實(shí)施預(yù)熱處理，降低拉伸應(yīng)力對焊縫的影響。處理完成后，需采用碳弧氣刨法，對存在缺陷的位置進(jìn)行清理，清理干凈后完成打磨，以U型坡口狀為主，為后續(xù)補(bǔ)焊作業(yè)的開展提供幫助。

2.2? 返修焊接工藝

為降低結(jié)晶裂紋帶來的不良影響，可從焊接材料及焊接工藝兩方面綜合考量，選用合適的返修焊接工藝，制定合理的補(bǔ)焊方案。

首先，在焊接材料選擇上，可將原本使用的焊條替換成E4315規(guī)格的焊條，該焊條在使用中產(chǎn)生的熔渣為堿性，氧化鈣含量符合工程焊接要求，且具有較好的脫硫、脫磷性能，能夠增強(qiáng)焊縫抗裂能力，避免裂紋的產(chǎn)生。同時該類型的焊條在使用中能夠有效降低焊縫中H含量，增強(qiáng)焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性能。

其次，在施工工藝選擇上，需要嚴(yán)格按照現(xiàn)有的規(guī)定要求進(jìn)行焊接施工工藝的選擇，確保其合格性、有效性。又由于本項(xiàng)目中裂紋大多集中在蓋面層內(nèi)，并未深入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所以在選用補(bǔ)焊施工工藝時，以手工焊條電弧焊為主，將電流控制在100～130 A，電弧電壓控制在20～22 V，焊接速度控制在每分鐘10～15 cm或12～18 cm內(nèi)，以此提高焊接質(zhì)量，降低結(jié)晶裂紋影響。具體的工藝措施如下。

（1）替換后的焊條在開展焊接作業(yè)前，需先在350～400 ℃的環(huán)境下烘干，烘干時間控制在1～2 h，烘干完成后將其放置在保溫桶內(nèi)，結(jié)合焊接需要進(jìn)行領(lǐng)取。

（2）如果在室外開展焊接施工，室外焊接環(huán)境的溫度要高于5 ℃，環(huán)境濕度小于65%，風(fēng)速控制在5 m/s。

（3）做好焊前預(yù)熱，減小拉伸應(yīng)力。預(yù)熱溫度約50 ℃，預(yù)熱范圍控制在50 mm左右。

（4）對焊工人員資質(zhì)予以審查，禁止非專業(yè)人員參與。

（5）采用短弧焊接方式，以免夾渣等問題的產(chǎn)生。

（6）兩層焊縫的開頭需要錯開一定距離，且焊接速度要快，以免應(yīng)力集中問題的產(chǎn)生。

（7）焊接完成后，做好表面及周邊的清潔作業(yè)，保證外觀質(zhì)量。同時利用X射線無損探傷法實(shí)行質(zhì)量檢測。

3? ? 結(jié)語

綜上所述，為減少焊道焊接裂紋的產(chǎn)生，在實(shí)際作業(yè)中要對裂紋產(chǎn)生原因?qū)嵭猩钊敕治龊脱芯?，有針對性地?shí)行施工材料及工藝的選擇，減少拉伸應(yīng)力對焊縫的影響，以此提高焊接質(zhì)量，促進(jìn)供熱管道的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙芳.熱力管道焊接裂紋產(chǎn)生原因分析及修復(fù)工藝[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2018（2）：55.