（神华宁煤煤化工安装检修公司 临武市 750411）
摘要：针对神华宁煤煤化工烯烃公司丙烯装置换热器封头密封焊经常出现焊接裂纹的情况进行了分析，找到处理措施，避免焊接裂纹产生，本文就焊接裂纹防止措施进行论述。
关键词：低合金钢；焊接；冷裂纹
前言
神华宁煤烯烃装置的丙烯装置E-60121工艺水冷却器，封头及壳体材质为16MnR，设计压力壳程1.67Mpa、管程3.3Mpa，工作温度206-241℃.由于换热器运行一定时间后工艺水的杂质会堵塞换热器，因而要对换热器进行抽芯并清洗，清洗完成，封头回装后，要对封头进行密封焊，2015年对封头焊接连续出现三次焊接裂纹的情况，作者经过分析、查阅资料，结合以往累计的经验，选择合适的焊接工艺，消除了焊接裂纹，缩短了换热器检修工期，提高了装置产量。
一、16MnR简介
16MnR是压力容器用低合金钢，应用较广。其化学成分表（1）中介绍
二、对16MnR的焊接性分析
16MnR钢的焊接性能良好，但是由于它是高强度的，其强度越高，越易产生淬硬相，从而影响其焊接性。在焊接时，主要会出现以下几方面问题：
1、粗晶区脆化
（1）产生部位
热影响区中被加热到1100 ℃以上直至熔点以下的区域，即焊接热影响区的过热区。
（2）产生原因
16MnR在焊接时，采用了过大的焊接线能量焊接，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而降低韧性；线能量过小时焊接，会因为粗晶区组织中马氏体比例的增大，降低了韧性。
（3）防止措施
在焊接时，选用适当的线能量。
2、热应变脆化
（1）产生部位
焊接接头熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区。
（2）产生原因
16MnR属于C-Mn系的低合金钢，这类钢自由氮含量较高，一般认为热应变脆化现象是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用引起的。一般易于在200-400℃最高加热温度范围的亚临界热影响区产生。
3、裂纹
（1）冷裂纹
正火钢由于含有少量的合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火钢，冷裂倾向还不大，但随正火钢碳当量及板厚的增加，其淬硬倾向也随之增大。采取控制线能量，降低含氢量、预热和及时后热等措施可以防止冷裂纹的产生。
（2）热裂纹
正火钢焊接时热裂倾向一般比较小，但有时会在焊缝中出现热裂纹，这与正火钢C、S、P等有害元素含量偏多有关。减小母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝形状系数（即焊缝宽度与厚度之比），有利于防止焊缝金属的热裂纹。
（3）层状撕裂
具有角接头或丁字接头的厚板焊接结构，在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状撕裂，合理选择层状撕裂敏感性小的钢材，改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变，在满足客户使用要求的前提下，选用强度较低焊接材料或预堆焊低强焊缝；采用预热及降氢的措施，都有利于防止层状撕裂。
三、该设备裂纹产生的原因
由于换热器封头焊接是在常温下进行，故产生的裂纹为冷裂纹。冷裂纹是指焊接接头冷却到较低温度下时产生的裂纹。冷裂纹多产生于有淬硬倾向的低合金高强度钢和中、高碳钢的焊接接头。裂纹大多在热影响区，通常发源于熔合区，冷裂纹形成的温度大体在100～—100℃（较低温度在前）之间，具体温度随母材与焊接条件不同而异。
冷裂纹有些出现在焊接过程中，但较多的是在焊后延续一段时间才产生的。延迟的时间可能是几小时，几天或十几天。一般把有延迟现象的裂纹叫做延迟裂纹。
另外，根据其分布特点，冷裂纹可归纳为四种类型，即焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹和横向裂纹。
查阅资料所得：16MnR在焊接时产生冷裂纹的原因主要是由于扩散氢、钢种本身的淬硬倾向及焊接接头所承受的拘束应力三者共同作用的结果。
四、处理措施
（一）焊接方法选择
由于该换热器工作介质为中压蒸汽及工艺水，且为密封焊接，结合现场的实际需要，采用焊条电弧焊进行焊接。
（二）焊接材料的选择
目前对于16MnR的焊接均采用J507的焊接材料进行焊接，为了避免产生延迟裂纹，焊条使用前必须进行充分烘干，以去除焊条在保管过程中吸收的潮气。烘干温度为300～400℃，保温1h。
（三）焊接工艺
焊前用磨光机把坡口两侧20mm内的铁锈及污物打磨干净，露出金属光泽。清除破口附近的铁锈及污物。最后用丙酮刷洗破口附近的油污。
（四）焊前对焊接部位筒体进行预热处理
由于低合金高强度钢的碳当量明显高于低碳钢，为了防止冷裂纹和热影响区出现淬硬组织，预热往往是必须的；采用热处理机将焊接筒体部位加热到300℃时进行焊接。
（五）焊后热处理
焊接后用热处理机将焊接部位加热至350℃，用保温棉将焊接部位进行包裹使其保温6小时。
通过上述措施，换热器封头焊接后未出现裂纹，且检测合格，设备一次开车成功。
五、结论
综上所述，16MnR钢板由于原材料化学成分中有害杂质含量偏高和焊接拉应力较大等因素的影响，在焊接时，容易产生冷裂纹。在实际生产中只要对焊接工艺不断进行优化，完全可以防止和避免冷裂纹产生的。
参考文献：
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[4] 雷世明主编.焊接方法与设备[M].北京：机械工业出版杜，2007
[5] 戴建树主编.焊接生产管理与检测[M].北京：机械工业出版杜，2007
论文作者:张臻
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/21
标签：裂纹论文; 换热器论文; 正火论文; 措施论文; 温度论文; 部位论文; 倾向论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;