刘宏伟

1.概述

甲醇塔材质为14m m厚的16MnR和3mm304L复合钢板；焊材：E5015、E308L—16；过渡层焊材：E309—16。在使用过程中发现焊缝的热影响区部位出现被腐蚀现象，经PT检测发现焊缝的热影响区部位存在大量裂纹（见图1），现场覆膜金相分析认为是由于不锈钢晶间腐蚀造成的。笔者对腐蚀部位取样后进行了理化检验，并对腐蚀的原因进行了分析。

2.试验方法与结果

焊缝的化学成分分析在德国SPECTROMAXX直读光谱仪上进行，晶间腐蚀试验采用GB/T4334—2008方法E“不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法”，金相检查在GX51F金相显微镜上进行。

图1

（1）宏观分析 由图1可以初步认定裂纹源从不锈钢焊缝面的热影响区开始，逐步渗透到碳钢。

（2）化学成分分析 不锈钢焊缝处化学成分如表1所示，过渡层化学成分如表2所示，可见化学成分均达到GB/T983标准要求。

（3）晶间腐蚀试验 试验采用GB/T4334—2008方法E“不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法”，试样经加热至650℃、保温2h空冷的敏化处理后，在硫酸-硫酸铜溶液微沸状态下16h，经弯曲后在10倍放大镜下观察未发现因晶间腐蚀产生的裂纹，弯曲试样如图2所示。

表1 不锈钢焊缝处化学成分（质量分数） （%）

表2 过渡层化学成分（质量分数） （%）

（4）金相检测 在裂纹处的横向、纵向分别取样，磨抛后经王水和4%硝酸酒精溶液分别侵蚀后，横断面显微组织（200×）为奥氏体和铁素体，为正常组织，裂纹处未见沿晶间发展（见图3、图4）。纵断面显微组织（200×）：不锈钢覆层和过渡层为奥氏体+铁素体，基体为铁素体+珠光体+少量贝氏体，为正常组织（见图5、图6），但在沿着熔合线处基体浮出并污染到不锈钢表面（见图7、图8），而表面裂纹源就是由此产生（见图3）。

3.分析与讨论

在对甲醇塔出现的裂纹处进行的理化检测（金相组织、晶间腐蚀、化学分析等）可看出，塔体所用材料（母材和焊材）均符合标准要求，晶间腐蚀试验也未见有晶间腐蚀倾向，微观组织也是正常焊接后组织，裂纹处未见沿晶间发展，因此，可以排除是由于晶间腐蚀所造成。但焊接中造成基体（低合金钢）浮出污染到覆层不锈钢表面，从而会使焊缝被污染的覆层处先被腐蚀而开裂，进而造成塔体由于应力作用而大面积开裂现象（见图9）。从现有的情况认为裂纹只局限于焊缝周围（焊缝原有宽度为22mm左右），依据此分析制定了焊补措施。

图2

图3 横断面显微组织（200×）

图4 横断面显微组织（200×）

图5 复层不锈钢（200×）

图6 过渡层与基体（200×）

图7 纵断面基体浮出

图8 纵断面基体浮出（200×）

图9

4.焊补措施

通过上述分析，采取以下焊接修复要求及工艺，完成对裂纹的修复。

（1）原塔体补焊 采用焊条电弧焊（SMAW），基层选用φ3.2mm的J507焊条，过渡层选用φ3.2mm的E309—16焊条，盖面层选用φ3.2mm的E308L—16焊条，焊前将焊条按规定进行烘烤，随用随取。

用渗透探伤确定裂纹位置及长度，然后用砂轮打磨的方法清除裂纹，先从裂纹两端开始打磨，把有缺陷位置打磨成U形槽，再进行渗透探伤检测裂纹是否完全被清除，直到确认被清除后方可施焊。

每层焊完后必须用渗透探伤检查是否有裂纹，然后方可继续施焊，避免新的裂纹产生。为了减少熔合比，焊接过程要小电流，快速焊，短弧操作，尽量不摆动焊条，不连续施焊，严格控制层间温度≤100℃，层间清渣要彻底，焊接层数依据裂纹深度确定。

基层焊完后用砂轮打磨干净进行渗透探伤检查，合格后方可进行过渡层及覆层的焊接，过渡层及覆层的焊接如基层。覆层焊完打磨与覆层母材平齐并进行渗透探伤检查合格，最后进行射线探伤检查。焊接参数如表3所示。

（2）补贴不锈钢钢板 为了保证使用，防止出现仍有基层浮出污染覆层现象，增加了一项措施即沿焊缝处补贴一层宽度为60mm，厚度为3mm的304L不锈钢板，如图10所示，焊接简图如图11所示，焊接参数如表4所示。

焊接前清除坡口两侧20～25mm范围内的铁锈、水分、毛刺和油污等，层间清理干净，焊前将焊条按规定进行烘烤，随用随取，层间温度≤150℃，焊后进行外观检查、渗透检查。

表3 焊接参数

表4 焊接参数

图10

5.结论

通过对裂纹产生原因分析，排除了现场覆膜金相分析判断即裂纹是因不锈钢晶间腐蚀造成，认为裂纹的出现是由于焊接时过渡层未完全覆盖基层（低合金钢）金属，故使得基层浮出污染覆层，污染处先被腐蚀，进而造成塔体焊缝沿热影响区延伸开裂现象。采取焊补措施经过渗透检查，该甲醇塔经近一年的运行情况，认为此方法是可行的。20140318

图11