球罐接管角焊缝裂纹产生原因分析及处理措施

王春发

（安徽省特种设备检测院 安徽合肥 230051）

1 前言

在安徽某能源科技发展有限公司的4 台5 000立方液化石油气球罐首次开罐检验中， 经磁粉检测发现，所有接管外角焊缝均有大量的表面裂纹（每台球罐上下不同规格的接管共12 只）。 球罐的主体材质为Q370R，接管为20MnMoⅡ级锻件，设计压力为1.77 MPa，设计温度为50℃，介质为液化石油气。

2 发现裂纹可能分布的区域

接管角焊缝裂纹发现于球罐外接管四周接管母材热影响区及焊缝范围内，内表面无一处外裂纹，详见图1。

3 检验检测分析

根据磁粉检测中发现的裂纹分布形态情况，结合实施检验前的方案要求，为一步分析裂纹的形成原因，分别进行检验设备相关资料审查、硬度检测、金相分析以及光谱分析，具体分析如下。

3.1 设备相关资料及制造工艺技术要求审查

从设备的资料审查情况发现设备使用的焊材与焊材质量证明书生产单位并非同一单位。 制造的工艺技术要求焊缝应选用低氢型药皮焊条，并按批号进行扩散氢试验[1]，角焊缝应在热处理前进行100%磁粉探伤。

图1 接管裂纹原始分布

3.2 硬度检测

通过硬度值可大致了解材料的强度，以及加工的残余应力与焊接残余应力的存在对材料的硬度产生的影响，为进一步了解材质是否在应力作用下开裂，分别对裂纹附近的接管母材、焊缝熔敷金属及球壳板母材的硬度值进行检测，结果详见表1。

从测试的硬度值结果分析，基本符合相关材料要求，接管的硬度略高。

表1 硬度值检测结果（单位：HV）

3.3 接管的金相检验

金相检验是通过观察金属材料微观金相组织对材料进行检验。目的是检验材料质量、检查焊接质量以及材料的晶粒度等[2]。 委托第三方质量监督检验中心对球罐出料口接管式样进行金相分析，结果详见图2、表2~表4。

图2 20 倍金相组织

表2 金相检验结果

表3 非金属杂物检测杂物

表4 化学成分分析含量（%）

4 产生裂纹的原因分析

4.1 环境与管控因素

氢是产生焊接裂纹的主要因素，母材中原有的氢和焊接时焊缝金属吸附外界的氢是产生冷裂纹的主要因素，与制造过程中坡口表面锈蚀、油污、水分、焊接材料的类型及干燥条件、焊接环境等有极大关系。

4.2 力学与焊接线能量控制因素

因为接管为20MnMoⅡ级锻件，球壳板为54 mm厚的Q370R 材料，在焊接过程中应严格控制焊接线能量和焊接顺序。防止在预热、焊接及后热的过程中产生应力与应变的循环[3]。

4.3 避免产生工艺缺陷

从焊缝的修复中发现，焊缝内部有未焊透、长条夹渣等缺陷，接管处有一定长度和深度的咬边现象，而这些缺陷部位是应力集中区，容易产生冷裂纹，因此在制造过程中应尽量避免[4]。

4.4 Ni、Cr 含量与性能的影响

通过金相和化学成分含量分析，金相组织和非金属夹杂物符合要求，Ni、Cr 对材料的强度和塑性有影响，与易产生冷裂纹倾向的材质为Q370R 低合金结构球壳板和20MnMoⅡ锻件接管焊接会更容易产生裂纹。

5 处理措施

根据裂纹的修磨情况发现缺陷的种类、位置和深度的不同，焊缝内部及靠近接管母材范围内有大量的裂纹、夹渣等缺陷。 最终修复处理措施顺序如下：用碳弧气刨， 刨去整圈焊缝消除缺陷—修磨刨槽—磁粉检测（渗透检测）—确认缺陷完全清除—预热—施焊（从内测按上述顺序清除内测焊缝及内部缺陷）—后热—磁粉检测—超声波检测—局部热处理—气压试验（根据实际情况）—磁粉检测[5]。

6 结论

Q370R 低合金钢和20MnMoⅡ锻件接管在焊接时易产生冷裂纹，应加强对焊工执行工艺纪律的检查，确保焊接线能量的大小符合焊接工艺的要求。严格控制材料的化学成分，加强企业内部质保体系的管控，为球罐的安全运行提供技术保障。