浙江至德鋼業有限公司在煉油廠輸送渣油管道更換安裝施工中，發現不銹鋼管道的部分焊道出現了裂紋，為找出裂紋產生的原因，在實驗室進行了模擬現場焊接試驗，對所用焊條的化學成分進行了分析，認為焊條質量是造成裂紋的主要原因，并通過理論分析說明該裂紋為凝固熱裂紋，相應提出了熱裂紋的防治措施。

一、問題概述

 浙江至德鋼業有限公司在煉油廠煉油裝置大檢修施工中，我單位承擔了輸送渣油不銹鋼管道的更換安裝工作。渣油管道工作壓力為3MPa，工作溫度為300℃，管道規格為D219mm×6mm和D273mm×8mm，材質為0Cr18Ni12Mo2Ti，其化學成分見表。

 該渣油管線所采用焊接工藝如下：

  1. 機械加工坡口，其型式如圖所示。

  2. 清除坡口及其附近污物。

  3. 組對點固，沿周向均布3~4點，工藝同打底焊道。

  4. 打底采用手工電弧焊，直流反接，電弧電壓為22~24V，焊接電流為55~75A，選用A02242.5焊條，采用單面焊雙面成型技術。控制層間溫度≤60℃。

  5. 填充及蓋面采用手工電弧焊，直流反接，電弧電壓為22~24V，焊接電流為80~105A，選用A02243.2焊條，采用多層多道焊工藝，焊條不擺動。

  6. 焊后進行X射線（5%）探傷，達到JB4730Ⅲ級合格。

  7. 焊縫表面進行酸洗鈍化處理。

 在不銹鋼管道焊接過程中，物資供應部提供了相當于A022牌號的SFA5.4E316L-16焊條，此焊條是根據美國焊接協會標準制造的，但在使用中發現部分焊道出現了裂紋。

二、產生裂紋的原因分析

 為找出現場焊接裂紋產生的原因，我們從現場取回一段D273mm×8mm、材質為0Cr18Ni12Mo2Ti的不銹鋼無縫鋼管，在實驗室模擬現場焊接情況進行焊接試驗，觀察焊接成形和外觀質量，在層間著色檢查時，發現有3處表面裂紋，所處位置均在焊縫中間，其中2處與焊縫方向平行，長約3mm，1處在收弧處呈星狀。

 采用排除法，對影響焊接質量的因素進行逐一剖析。認為焊接工藝正確，管材質量合格，對焊接所使用的E316L-16焊條溶敷金屬進行化學元素分析，其結果和標準對照見表。

 經過分析，判定焊條質量是造成裂紋的主要原因。通過表可以看出，焊條熔敷金屬中硫、鎳元素的含量偏高，而鉻的含量已低于標準值，結合焊接試驗出現裂紋的實際情況，判斷裂紋的性質為熱裂紋，其理由如下：

  1. 奧氏體不銹鋼具有較高的焊接熱裂紋敏感性，熱裂紋可分為凝固裂紋（結晶裂紋）、液化裂紋和失延裂紋，這些裂紋均發生在高溫狀態，常溫下不再擴展，而凝固裂紋最容易發生在焊道的中心線上，且與焊縫方向平行，或在焊道的弧坑中，呈單個條狀或星狀。這些特征和我們發現的3處裂紋是完全一致的。

  2. 奧氏體焊縫的柱狀晶間存在低熔點夾層薄膜，在凝固結晶后期以液態膜的形式存在于奧氏體柱狀晶粒之間，在一定拉應力下起著擴展形成晶間裂紋的作用，能生成低熔點液態膜的合金元素有Si、B、S、P、Sn等，而我們所用焊條的S含量偏高，S易與Ni形成低熔點共晶，Ni與NisS，熔點僅645℃，且呈膜狀分布于晶界，會引起結晶裂紋。

  3. 焊縫凝固結晶模式不同，凝固裂紋敏感性也不同。先鐵素體模式的焊縫抗凝固裂紋能力最強，而全奧氏體模式的焊縫抗裂能力最低。鉻鎳奧氏體焊縫的結晶模式取決于焊縫金屬的鉻鎳當量比，當[C/Ni>1.47-1.58時為先鐵素體模式；當1.47~1.58>[Cr/Ni]>1.14-1.24時為先奧氏體模式；當 Cr/Ni<1.14-1.24時為全奧氏體模式。而我們選用的焊條由于鉻含量低，鎳的含量高，經分析計算得出鉻鎳當量比為1.23，屬于全奧氏體模式，其焊縫抵抗凝固裂紋能力差。

 綜合以上分析，可以判斷得出現場焊接管道所產生裂紋為凝固熱裂紋。

三、防止熱裂紋的措施

 防止熱裂紋的產生往往從以下幾個方面入手：

 1. 限制鋼材及焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量，特別是盡量減少硫、磷等雜質元素的含量。

 2. 調節焊縫金屬的化學成分，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，采取先δ鐵素體，后奧氏體結晶模式。以提高其塑性，減少或分散偏析程度，如奧氏體加少量鐵素體。

 3. 提高焊條或焊劑的堿度，以降低焊縫中的雜質含量，改善偏析程度。

 4. 控制焊接規范，適當提高焊縫形狀系數，采用多層多道焊法，避免中心線偏析，可防止中心線裂紋；采用小線能量，斷弧時采用收弧板或逐漸斷弧，并填滿弧坑，可減少弧坑裂紋發生。

 根據以上原則，在實際焊接中采取了以下具體措施：

 1. 及時更換焊條，采用穩定性較好的合格產品。我們采用上海司立太有限公司生產的A022焊條，該焊條的化學成分見表。

 2. 對采用A022焊條的焊縫進行探傷檢驗，合格后再進行大量焊接，通過對10道焊口進行X射線檢驗，合格率為100%。

 3. 在施工中加強焊材的驗收管理工作，對首次采用的新牌號焊材要經過焊接工藝評定和有關檢驗后再決定是否采用。