浅谈1Cr5Mo钢管道焊接裂纹的控制措施

浅谈1Cr5Mo钢管道焊接裂纹的控制措施

张波

张波

（中石化第四建设有限公司300270）

摘要：石油化工装置高温管道很多都采用1Cr5Mo耐热钢管，它在高温下有很好的抗氧化性和热强性，但是，1Cr5Mo淬硬倾向大，焊接性较差，如果焊接工艺不当、工艺纪律不严格，极易产生延迟裂纹。本文简要分析1Cr5Mo钢焊接裂纹产生的主要因素,并有针对性地从焊材管理、预热、焊接工艺及过程控制、焊后热处理、无损检测等方面提出了控制1Cr5Mo钢裂纹产生的几项措施,为确保1Cr5Mo钢焊接质量提供了有力的保证。

关键词：1Cr5Mo钢；焊接裂纹；质量控制措施

1前言

鉴于1Cr5Mo钢淬硬倾向大，属于裂纹敏感性材料，焊后容易产生延迟裂纹，而且1Cr5Mo钢几乎均是用在高温部位，一旦焊缝出现裂纹将给装置带来极大的安全隐患，甚至发生重大质量事故，所以对1Cr5Mo钢的焊接裂纹控制就显得尤为重要，也是本文研究的关键所在。

21Cr5Mo钢焊接裂纹产生的主要因素分析

2.11Cr5Mo钢淬硬倾向

钢的淬硬倾向主要取决于化学成分、壁厚、焊接工艺和冷却条件等，焊接时钢的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。1Cr5Mo钢的化学成分和机械性能见表1和表2所示。

由上表所示可知，1Cr5Mo钢的化学成分中的主要合金元素即为铬和钼，这就决定了1Cr5Mo钢具有淬硬倾向，焊接时就容易产生裂纹。

2.2焊接接头的应力影响

由于焊接时不均匀加热及冷却过程中产生的热应力和结构自身拘束条件所造成的应力,会引起氢的聚集,诱发延迟裂纹。

2.3氢的作用

焊接接头的含氢量越高,则裂纹的敏感性越大。焊接时在高温作用下,将有大量的氢溶解在熔池中,在随后的冷却和凝固过程中,由于溶解度的急剧降低,氢极力逸出,但因冷却很快,使氢来不及逸出而留在了焊缝金属中。当氢聚集到一定浓度时,就会破坏金属中原子的结合键,使金属内出现一些微观裂纹,在应力持续作用下,氢不断聚集,微观裂纹不断扩展,直接发展为宏观裂纹,最后断裂。

3减少裂纹产生的控制措施

综上所述，由产生裂纹的主要因素可知，要控制裂纹的产生就要通过有效的减少氢源、降低淬硬倾向对焊口的影响及消除焊口焊接应力，因此对于1Cr5Mo钢的施工要严格把握焊接工艺要点，对焊接材料领用、焊口预热、焊接工艺及热处理等工序采取强有力的控制措施。

3.1减少氢源措施

焊缝中的氢主要来源于母材和焊接材料，母材和焊丝中的铁锈、油污等在焊接高温下产生氢，扩散到焊缝中去，因此可以通过以下措施减少氢源。

a)选用合格的低氢型焊条，检查进场焊材材料质量证明文件，确保焊接材料合格。

b)焊条使用前应按焊条说明书进行烘烤，并有烘烤记录。

c)焊丝使用前必须清除锈斑和污油并露出金属光泽。

d)组对前应将坡口及其内外表面不少于20mm范围内的油污、氧化皮、锈等清除干净，并用砂轮打磨直至露出金属光泽。

3.2降低淬硬倾向影响的措施

由于1Cr5Mo钢具有淬硬倾向性，焊接性较差，容易出现裂纹，致使其焊接工艺比较复杂，通过有效的控制焊接工艺才能防止或降低裂纹出现的几率。

3.2.1焊前检查

焊接前应对加工后坡口及内外表面20mm范围内进行表面检查，必要时进行磁粉或渗透检测，以确保坡口表面不得有夹杂、裂纹、分层等缺陷。

3.2.2焊前预热

预热可以改变焊接过程的循环，遏制或减少淬硬组织的形成，减少焊接残余应力，使氢易于从焊接接头中扩散出来，从而降低延迟裂纹倾向，是防止铬钼钢焊接接头产生延迟裂纹和再热裂纹的有效措施之一。

a)预热升温应缓慢而均匀，防止局部过热，火焰加热采用数字触点式温度计，检测预热温度测点应均匀分布。电加热预热温度的测量用热处理设备上的热电偶测量。

b)预热范围应以对口中心线为基准，两侧各不小于3倍壁厚，且大于等于50mm。

3.2.3焊接技术要求

a)1Cr5Mo钢接头焊接，当达到预热温度并持续5min后应立即进行底层焊道的焊接且应一次连续焊完。

b)焊接底层焊道时应封住管口，以免管子内形成穿堂风，影响焊接质量。

c)底层焊道焊完后，应立即进行下一层的焊接且应连续焊完，如中断焊接应立即进行300-350OC时间不少于30min的后热处理，然后保温缓冷。中断后继续施焊应重新预热。

d)多层焊接时道间温度应等于或略高于预热温度，否则应予以加热。

3.3消除焊口焊接应力的措施

1Cr5Mo钢焊口的焊后热处理就是指对焊口进行高温回火，利用金属高温下强度的降低，而把弹性应变转变成塑性应变以达到消除焊接残余应力的目的，同时改善金属组织，提高接头的综合力学性能。

a)焊后应立即进行热处理,热处理采用电加热方法,在热处理过程中应能准确地控制加热温度且使焊件温度分布均匀。

b)热处理的加热范围以焊缝为中心，两侧各不小于焊缝宽度的三倍（且不小于25mm），加热区以外的100mm范围内应予以保温。

c)温度控制准确，热处理过程中恒温温度偏差不应超过±25℃，且不超过热处理温度范围，测温元件采用热电偶并用自动记录仪记录热处理曲线，测温点设在加热区且不少于1点。

d)焊后热处理应按规范要求参数严格的控制升温、恒温和降温过程。

e)热处理后100%硬度检测，硬度值超过规定，应加倍检查，并查明原因，对不合格的焊口从新进行热处理并做硬度检测。

3.4加强裂纹的检测工作

工艺管道焊口热处理后要按照设计要求进行RT无损检测，焊口的无损检测必须在焊口热处理完成且焊口焊接完成24小时之后进行。

要从检测人员管理、检测工艺、检测时机、点口覆盖性、返修、扩探及随机抽检等方面加强质量控制，确保无损检测的质量符合要求。同时要有专门的无损检测高级成员组对RT底片进行100%复审，对可疑底片进行进一步确认或进行复测。

4案例分析

4.1失败项目

2004年，上海金山石化常减压项目，由于管理失误，部分人员对铬钼钢的施工技术要求不重视，个别出现焊接前不预热、不执行焊接工艺纪律、不进行氩弧打底而直接手工电弧焊进行焊接、焊后未能及时热处理、焊口也没能及时做到后热处理，造成检测后出现多处裂纹返片，给工程带来了巨大的损失。

4.2成功项目

2006年，广州项目的常减压装置及加氢联合装置都存在着大量的铬钼钢管道的施工。项目严格执行了焊接工艺纪律：焊材发放严格把关、焊前预热、焊接过程的层间温度严格控制、安排专门的检查员对焊口道间温度检查，并形成记录文件，焊后未能及时热处理的焊口都进行了后热处理，及时的无损检测等，在这一系列的措施下达到所有焊口未出现一张裂纹返片的好成绩，也给公司树立了很好的企业形象。5结论

根据上述理论、数据分析和实例对比可看出为防止1Cr5Mo钢的焊接裂纹产生，在施工过程中必须严格把握施工技术要点，采取有效的控制措施，丝毫疏忽不得。

参考文献

[1]《石油化工工程铬钼耐热钢管道焊接技术规程》SH3520－2004.

[2]《石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件》SH3085-1997.

[3]《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235－1997.