某天然气场站卧式过滤器B2焊缝裂纹调查分析

聂国涛 方军

摘要：2018年，某天然气场站卧式过滤器（编号为R093012）的B2焊缝在进行设备定检时发现裂纹。由于在2013年此过滤器的A2焊缝也曾发生过裂纹事件，自2013年至2017年均未发现B2焊缝裂纹，输油气分公司担心此设备焊缝存在系列性缺陷问题，或者此焊缝裂纹属于扩展裂纹，因此，输油气分公司委托对此次裂纹开展调查。通过对此设备焊缝的设计、材料、焊接性以及现场缺陷处理情况见证，综合分析得出焊缝属于层间未熔合缺陷，并非系列性缺陷问题。

关键词：卧式过滤器;焊缝裂纹;未熔合

一、设备及裂纹基本信息

R093012卧式过滤器是2009年由HDXX公司生产的设备，过滤器设计压力12.6Mpa，试验压力18MPa，设备主体材料为16MnDR。2018年10月29日下午，特检院在压气站进行压力容器定期检验时，磁粉检测发现R093012卧式过滤器设备本体与快开盲板B2焊缝处存在裂纹，显示裂纹长度25mm，打磨深度约3mm，尚未消除。后经过输油气公司科服中心涡流振列检测，缺陷长度25mm，深度2.1mm。

二、初步分析

从R093012过滤器B2焊缝“裂纹”的位置和延展方向初步判断此“裂纹”可能是以下缺陷中的一种：晶间裂纹、液化裂纹、再热裂纹、层间未熔合。因设备具备焊接返修后使用的条件，不能对缺陷焊缝进行破坏性微观断面检测，因此无法准确判断“裂纹”的形成原因。结合原始资料、现场跟踪处理情况对R093012过滤器B2焊缝“裂纹”缺陷产生的可能性采用排除法分析，查找导致该缺陷的最大可能原因，推测出缺陷类型。

三、分析过程

3.1.设计分析

审核出厂文件中的《过程设备设计计算书》，壳体材料选用16MnDR为常规材料，满足使用环境和介质要求。按照GB150的设计要求进行壳体强度计算，壳体厚度56mm满足强度要求。

3.2.材料分析

R093012过滤器的板材材质为16MnDR，板材原材料证明中Ceq=0.41，材料可焊性良好。使用的焊材是H10Mn2焊丝，焊丝的碳当量Ceq=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%=0.39。母材和焊接材料的碳当量均小于0.43，说明焊接接头焊接性良好，焊缝“裂纹”缺陷与壳体母材与焊材化学成分无关。

3.3.焊接分析

过滤器环焊缝焊接工艺为埋弧自动焊，焊接工艺采用U型坡口对接焊，焊丝H10Mn2，焊剂为SJ102，规格φ4.0，打底焊电流500-550A，其他焊层电流550-620A，电压均为32-38V，焊接速度24-32cm/min。焊前预热≥50℃，层间温度≤200℃。该工艺是16MnDR钢经过了多年实践检验的成熟焊接工艺。R093012过滤器的热处理报告，进炉、升温、保温、降温、出炉温度和温控时间均符合GB150-1998标准第10.4.5条焊后热处理要求和GB150-2011标准第8.5.6条焊后热处理要求。

由于2015年之前的标准要求射线底片存放期为7年，因此没有收集到缺陷部位的射线底片，无法对原射线底片复审。收集到的资料中没有无损检测人员资质，也无法获知无损检测报告中的签字人员资质的符合性。

3.4.现场缺陷处理情况分析

对R093012过滤器上B2焊缝裂纹边打磨边做渗透检测验证，该裂纹特征为自焊趾斜向中心延伸至深度约3.5mm。

3.5.综合分析

在设备制造厂家的竣工资料真实、有效前提下，对R093012过滤器B2焊缝上“裂纹”是晶间裂纹、热裂纹、再热裂纹、层间未熔合可能性推测进行综合分析。

晶间裂纹是热裂纹的一种，是钢中Cr、Ni元素以及S、P和H等杂质造成树枝状结晶，导致各种杂质在晶粒边界上富集，在焊接应力、高温长时间热载荷的条件下从晶界开裂，多出现在铸件和奥氏体不锈钢的焊接过程中。R093012过滤器的本体材料和焊接材料复检证明文件中Cr、Ni、S、P和H等杂质没有明显超标，该焊缝不具备发生晶界开裂的条件。

液化裂纹是热裂纹的另一种，是在焊接热循环峰值温度作用下，在近缝区或多层焊的层间部位低熔共晶被重新熔化，在拉伸应力作用下开裂。主要发生在铬镍高强钢、奥氏体钢中，在母材和焊丝中S、P、Si、C偏高时液化裂纹倾向严重。母材和焊缝金属的质量证明文件和复检报告显示，热影响区及焊缝金属中S、P、Si、C的含量均较低，可以排除产生液化裂纹的可能性。

再热裂纹是焊件在焊后一定溫度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）时产生的裂纹，其机理是由于高温及残余应力的共同作用导致晶界优先滑动，使粗晶区应力集中部位的变形量超过了该部位的塑性变形能力，结果造成裂纹的发生和扩展。裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。其影响因素包括冶金因素和焊接工艺因素。冶金因素有C、Cr、Mo、V、Nb、Ti含量及钢的杂质、晶粒度等对再热裂纹的影响;焊接因素包括焊接线能量、预热及后热温度、焊缝强度、残余应力及应力集中等。从制造厂提供的资料中没有发现钢中杂质超标，焊接时的各项参数符合标准，在认可设备制造厂家提供的资料均真实有效前提下，可以排除产生再热裂纹的可能性。

在排除晶间裂纹、热裂纹、再热裂纹发生可能性后，R093012过滤器B2焊缝上“裂纹”仅剩下层间未熔合的可能性。该“裂纹”由焊趾斜向焊缝中心，内部扩展至约3.5mm深，“裂纹”延展方向与最后两层焊缝金属之间的界面吻合，确定此“裂纹”为盖面焊缝金属与最后一道填充金属焊肉之间局部层间未熔合缺陷。这种深度较浅的层间未熔合缺陷在射线检测和超声波检测中也恰是极容易漏检和漏评的缺陷种类。

四、调查结论

4.1.调查结论

1）R093012过滤器B2焊缝上的“裂纹”为设备厂家出厂检验时漏检的层间未熔合缺陷。

2）R093012过滤器壳体母材及B2焊缝金属化学成分检测结果符合GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》16MnDR标准要求，焊接用埋弧焊丝符合GB/T5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》H10Mn2的标准要求，焊缝缺陷与壳体母材及焊材化学成分无相关性，缺陷焊缝可以通过补焊返修进行修复。

（中国船级社质量认证公司 新疆 乌鲁木齐 830000）