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Cr5Mo管线焊接过程中的安全控制

众所周知，Cr5Mo管线的可焊性差，在焊接中容易产生延迟裂纹，

极大地影响了管线（尤其是石油化工生产管线）的安全运行。但因其

材质本身具有耐高温、抗硫化氢腐蚀和强度高的特点，在石油化工行

业的使用却很广泛。在中国石油大连石化公司新建成的亚洲最大的

10Mt/a常减压蒸馏装置中，共计有Cr5Mo管线2850m，其中对接焊

口有2215道。在第一次试压时，有多道焊口开裂。后经100%射线复

检，有226道焊口存在裂纹。本文通过对该批裂纹产生原因的分析，

提出了在实践中已经验证的避免或减少延迟裂纹在Cr5Mo管线焊接

中出现的过程安全控制方法。

1裂纹产生的条件

延迟裂纹

延迟裂纹属于冷裂纹中最常见的一种，其是在焊接后冷至较低温

度后，经过一段时间（几小时，几天，甚至更长时间）的孕育期后，

才开始少量出现，并随时间增长而逐渐增多和扩展。图1为Cr5Mo

管线焊接中出现的延迟裂纹。

延迟裂纹产生的条件及控制方法

钢种的淬硬倾向、焊接接头扩散氢的含量、以及接头所承受的拘

束应力状态是延迟裂纹产生的三个充分必要条件。这三个条件在一定

的条件下相互联系并相互促进，从而造成了延迟裂纹的出现。

(1)产生淬硬倾向的条件

钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分、壁厚、焊接工艺和冷却条件。

而在焊接工程中，钢种的化学成分和壁厚是不能改变的，而焊接工艺

和冷却条件却是可以控制的。

(2)扩散氢的来源及控制方法

扩散氢是在焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油

污，以及环境湿度等都是焊缝中富氢的原因。

控制好氢的来源，通过控制冷却速度，增加熔池金属在高温中停

留的时间，使得氢有足够的时间逸出，就能减少焊缝中的扩散氢含量。

(3)焊接接头的拘束应力的产生与控制方法

焊接接头的拘束局势应力主要是由焊接过程中不均匀加热及冷

却过程中所产生热应力、焊接热循环过程中因相变而产生组织应力以

及焊接结构自身拘束条件造成的应力，三种应力的合力形成的。

拘束应力是焊接过程中不可避免的，我们只能通过控制它们的产

生过程，尽可能的降低拘束应力。通过焊前预热降低热应力，通过焊

后热处理来减少组织应力，通过控制焊接顺序，来降低结构自身拘束

条件所造成的应力。

2Cr5Mo管线焊接裂纹产生原因的分析

通过对装置的2215道对焊焊口进行监测与分析，在以下几方面查

找出了造成焊口开裂原因。

焊工资质

对参与Cr5Mo管线焊接的18名焊工的焊工证原件重新进行了检

查，全部都有按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行

考试并取得的合格证书。即焊工的资质不存在问题。

焊接材料及管道材质

对Cr5Mo管线焊接过程中所使用的焊接材料及管材，请有检验资

质的单位进行了复验，全部合格。即焊接材料及管道材质不存在问题。

焊接工艺的可行性

由参与施焊的18名焊工按照原Cr5Mo管线焊接工艺在有技术

人员及质检人员全过程监督的情况下，分别焊接了不同规格的三道

Cr5Mo管线对接焊口，经100%射线检测，全部合格。即焊接工艺及

焊接人员水平没有问题。

焊接过程控制

我们对参加焊接的18名焊工逐一进行调查，请他们回忆当时焊

接Cr5Mo管线的过程。他们均提到因为当时工期紧，任务重。履带式

加热器数量及热处理人员数量不足，因焊前预热及后热处理全部采用

火焰加热，只在焊后热处理上才使用计算机控制的带自动打印曲线的

热处理机。且这批焊工有许多人从事工作的时间并不很长，对Cr5Mo

管线可焊性差的认识不是很深，他们虽然知道焊前应预热，焊后应热

处理，但并不是特别重视。因此在实际焊接施工中，这些焊工的过程

控制并不严格。如预热温度他们仅凭经验进行判断，并没有全部采用

红外线温度仪进行控制。因此很可能温度没有达到250℃就开始施焊。

另外，通过与焊工交谈，可以看出他们对预热时加热宽度及温度、定

位焊的预热、层间温度、中断焊接后的后热处理及重新焊接后的预热

做得也不是很好。另外由于焊接后的射线检测按设计文件及

SH3501-2001标准的要求，检测比例仅为20%，且是在焊后热处理前

进行的，因此尽管当时合格，没有延迟裂纹的出现。但在热处理后进