南宁化工集团有限公司 广西省南宁市 530031
摘要：时代经济的发展在提升人们生活水平的同时为工业技术的优化提供了基础的经济支持，焊接是核电、煤炭发电和石油化工等行业施工过程中常见的连接方式。实际的应用过程中焊接的残余应力给相关设施的连接结构带来了较大的风险，应用过程中因为多方面连接常常会出现异种金属焊接接头。本次研究过程中以管板焊接断口裂纹分析为基础，对其产生原因和解决措施进行探讨，根据实际措施制定竣工检查要点，希望能够为提升异种钢焊接接头质量做出贡献。
关键词：异种钢；焊接；接头；开裂原因；措施
异种金属焊接接头化学组成成分和组织结构较为复杂，其在具体的应用过程中处于关键位置，对核电站、石油化工等重点工程的可靠性和运行安全性提供基础保障。实际的应用过程中如果出现异种金属焊接接头失效，不仅会对工程的经济产生负面影响，严重者还会导致爆炸。因此在实际的应用过程中要定期对异种金属焊接接头进行检查。
一、焊接断口裂纹分析
1、宏观分析
焊接断口裂纹的宏观分析过程中首先使用肉眼对断裂面进行观察，断裂面的整圈形貌与前期焊接的差异、是否有明显的塑性变形、脆断特征的显示是否明显是主要的观察内容。其次对断裂处进行分析，经过分析数据统计可知控制断裂一般会沿着焊接接头钢管侧面的融合线处发生，因此观察过程中对于配对断口中的焊道轮廓进行分析，主要的分析内容有局部的锈迹、断口的启裂处、断口的剪切唇等。最后，法兰焊缝侧断后裂面内部一般会有整圈打底焊道，每一个轮廓都呈现为凸状，因此钢管母材侧的断裂面对应的应该为凹陷状况。
2、微观分析
2.1法兰焊缝侧面断口
不同的焊接方式会产生不同的焊缝特征，例如法兰焊缝断口侧大多数区域都有典型的沿晶特征，一般晶粒上面会有腐蚀坑的存在，严重者还会随着时间的推移产生二次裂纹，法兰焊缝的局部断口存在未融合的缺陷表面，因此其最终的断裂处具有明显沿晶和解理特征。
2.2断口附近的内表面分析
通过对过往断裂数据的打底焊道、钢管母材、法兰母材的内表面微观形态分析可知，打底焊道表面对侵蚀后焊缝特有的柱状晶体特征进行分析，法兰母材在微观分析过程中对奥氏体晶粒轮廓进行显示，而钢管母材则出现铁素体晶粒和珠光体晶粒的轮廓特征。由此可见，开裂部位内表面在运行过程中受到酸性介质的侵蚀。
2.3钢管母材侧断口
钢管母材侧断口在微观检验过程中与法兰焊缝侧断口的基础形貌有一定的相似性，其也是以沿晶断裂为主，而且会随着时间的推移出现二次裂纹，严重者会出现未融合的缺陷表现。
3、金相分析
所谓金相分析就是在断口裂纹的分析过程中以断口的轴中心为基础点，沿断口的轴向截取宏观金相试样，大多数断裂的部位基本上处于焊缝钢管的侧融合线上。使用显微仪器进行金相分析的结果可以表明：钢管母材侧断口边缘与金相组织主要会出现局部断口出现马氏体组织条带和脱碳现象；法兰焊缝侧断口边缘金相组织有着不同形态的奥氏体。断口分析过程中对于断裂附近部位的钢管母材、法兰母材、焊缝金属进行显微组织分析可以加深对断口的了解，避免同类错误在焊接过程中频繁发生[1]。
4、能谱分析
在配对断口上各取4处进行X射线能谱分析，分析结果表明，断裂面上多数部位的化学成分中Cr和Ni含量与20#钢和不锈钢焊缝（A302焊条）熔合区马氏体带的Cr和Ni含量范围相吻合，断口上腐蚀物主要含有S和O等元素，S含量高达6.01%[2]。
二、焊接断口裂纹的原因分析和措施
1、焊接断口裂纹的原因分析
对于奥氏体不锈钢与碳钢的异种钢焊接接头，采用Cr23Ni13型焊接材料（如A302或A307）焊接，焊接过程中由于焊缝边界熔合区碳钢侧母材的稀释作用使得Cr、Ni含量降低，在N含量降低到6%以下的区域时不能形成稳定奥氏体组织，从而在碳钢侧熔合区形成马氏体脆化层。马氏体脆化层的存在容易导致焊缝在热应力或者氢气作用下发生剥离，产生热应力剥离一般发生在高温运行的过程中，剥离过程中氢原子进入到焊缝不仅会导致马氏体脆化层得到氢催断裂，而且马氏体的存在会显著的提升碳钢侧融合区腐蚀开裂等不良现象的发生率。焊接过程中如果钢管和法兰壁厚过大，会对焊接形成拘束，通过对断裂形态的共性分析可知，打底焊道成型不良，底部形成明显焊瘤导致几何形状突变，造成局部应力集中，同时焊接接头没有按要求进行焊后消除应力热处理，因此在异种焊接接口的碳钢熔合区在适应的过程中会因为存在的残余应力产生腐蚀应力，通过数据分析可知，焊接的残余应力与腐蚀开裂的可能性成正比[3]。
通过对焊接的工艺操作条件分析可知，管线内介质中含有H2、CO2、H2S和H2O等成分，实际的操作温度在60度以上，因此会随着操作形成H2S+CO2+H2O酸性水环境。酸性水环境中碳钢、低合金钢接头的碳钢侧热影响区会存在腐蚀开裂的可能性，同时也存在腐蚀减薄化学反应机制，除此之外碳钢与奥氏体不锈钢一种焊接接头也会出现这种现象[4]。应力腐蚀和腐蚀减薄这两种腐蚀机制会在内部形成一定的竞争，在焊接接头的应力区域中氢导致的腐蚀开裂的发生率较高，母材上导致开裂的主要原因一般是腐蚀减薄。除此之外，观察过程中会通过对开裂部位内壁表面出现的明显酸侵蚀现象去进行判断，虽然介质中的液相部分的PH值较低，但是在实际的应用过程中其具有较强的腐蚀能力。研究过程中断口和腐蚀产物的分析结果不仅能够对断口的腐蚀原因进行分析，而且能够产生断裂的原因分析。
2、分析结论
通过具体的研究分析可以得出以下结论：
（1）20#钢管和奥氏体法兰焊接的过程中必然存在着马氏体带区域，因此在运行过程中会因为H2S+CO2+H2O环境中发生应力，应力产生腐蚀裂纹的同时会随着时间的推移导致腐蚀裂纹沿马氏体带进行不断的扩展，最终导致整个焊缝沿马氏体断裂。
（2）产生以上现象的主要原因就是设计单位各个部门之间的配合程度低，导致流量计取法兰材质选择错误的主要原因是造成这起焊缝产生断裂的主要原因。
（3）具体施工过程中监理工程师没有根据实际需求进行监管，未能及时大仙管线配套流量与使用材料之间的吻合程度低，使得质量监理成为产生焊缝断裂的间接原因。
3、解决措施
（1）在H2S+CO2+H2O环境中尽量避免管线存在异种钢焊接街头，从源头上杜绝各种焊接断裂事故的发生，保证使用安全。
（2）加强设计部分与施工单位其他部门之间的协调、检查、审核管理。
（3）明确监理工作重要性的同时在通过教育培训来树立监理人员的责任心和质量意识，提升监理效率，让质量监督成为后期使用寿命的基础保障。
结束语
综上所述，时代科技的发展是经济发展的核心动力，随着应用需求的增加，国外很多机构在实际的应用过程中对于核电材料的裂纹特征和扩展速度有着大量的数据积累，因此在实际的研究过程中不仅应该根据实际需求进行问题寻找和问题解决，而且要通过明确研究数据需求的方式来提升对研究数据的重视程度。
参考文献：
[1]刘军.某超超临界直流锅炉高温再热器异种钢焊接接头开裂原因分析[J].理化检验-物理分册，2018，54（2）：141-144.
[2]赵亮，涂善东.核电主管道异种金属支管接头残余应变的有限元分析[J].电焊机，2019，49（8）：76-82.
[3]武东文，梁文利.T91/TP347HFG异种钢焊接接头裂纹产生原因探讨[J].山西电力，2019，（5）：68-72.
[4]任跃斌，王伟，平韶波.高温再热器用 T23／TP347 H异种钢焊接管接头失效分析[J].金属热处理，2016，41（3）：199-203.