Page 79 - 理化检验-物理分册2025年第四期
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陈 静，等：再沸器管板开裂原因
的温度条件下，材料具有一定的腐蚀敏感性 [3-4] 。在 过热区的韧性与热输入和材料的化学成分有关 [5-6] 。
局部水环境下，工艺水的pH不会始终保持在8.5，而 当然，形成冷裂纹的外界因素离不开拉应力，包括焊
是存在一定的偏差。管板焊接接头在焊前没有进行 接残余应力和厚板刚度较大造成的拘束应力。还需
预热，焊后也没有进行退火消除应力处理，在焊缝附 要说明的是，冷裂纹产生的原因还包括表面清洁不
近形成了较高的拉伸残余应力，该应力一般可以达 够等，使扩散氢含量偏高，在淬硬组织的联合作用
到材料的屈服强度，给管板材料的应力腐蚀创造了 下，形成了氢致冷裂纹。
条件。 施焊大厚度管板时没有控制好焊接冷却速率，导
焊接裂纹被认为是所有设备焊接制造过程中最 致材料产生马氏体淬硬组织，在焊接残余应力和厚板
严重的缺陷，主要分为冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和 拘束力的共同作用下，材料产生冷裂纹。冷却速率越
层状撕裂等。从管板与管束的焊接工艺条件和开裂 快，产生的淬硬组织越多，材料开裂倾向越大。
位置来看，16Mn钢和Q345D钢中C元素含量较低，
3 结语
Mn元素含量较高，S、P元素含量控制较严格，Mn
元素和S元素质量分数的比值能达到焊接要求，因 焊接工艺控制不当使材料产生马氏体淬硬组
此具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊接时材料 织，在应力和淬硬组织的共同作用下，管板与管束间
不会出现热裂纹。焊接大厚度16Mn钢板时易出现 隙处的焊缝区或热影响区产生焊接冷裂纹，裂纹向
冷裂纹，淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。因 贯穿焊缝和母材的方向扩展；工艺水中含有一定量
此，焊接过程中能否形成由淬硬组织引起的冷裂纹 的残留酸性物质，导致裂纹处的材料发生应力腐蚀
是评定16Mn钢板焊接性能的重要指标。16Mn钢的 开裂，裂纹进一步扩展，直至孔桥和管束完全开裂。
冷裂纹敏感性主要取决于其淬硬倾向，虽然16Mn钢
参考文献：
中C元素含量并不高，但还含有少量的合金元素，其
淬硬倾向比低碳钢要大。按照国际流行的碳当量计 [1] 陆慧，孙明正．船用柴油机拉缸故障失效分析[J]．理
算公式和表2中的数据，计算管板材料的碳当量为 化检验（物理分册），2022，58（2）：45-48.
0.437。研究表明，当材料的碳当量小于0.4时，其焊 [2] 韩志远．某热电厂600 MW锅炉水冷壁管开裂原因[J]．
接性能较好；当材料的碳当量为0.4~0.6时，其焊接 理化检验（物理分册），2021，57（2）：60-62.
性能尚可；当材料的碳当量大于0.6时，其焊接性能 [3] 张熠．石油炼厂碳钢管线的硫化物应力腐蚀开裂敏
感性研究[D]．大连：大连理工大学，2009.
较差。16Mn钢的焊接性能较好，但随着材料的厚度
[4] 杨全毅，张朝阳，刘猛，等．焊接工艺对Q345R的硫化
增大，其焊接性能显著变差。该再沸器管板厚度高
物应力腐蚀敏感性的影响[J]．材料保护，2021，54（4）：
达135 mm，焊接时并没有采用预热等措施，且热输
22-26.
入值较低，使得焊接过程中冷却速率加快，极易产生
[5] 范燕柳．Q345D厚板的焊接修复工艺[J]．金属加工
马氏体淬硬组织。 （热加工），2011（6）：46-47.
16Mn钢的焊接热影响区性能变化也与合金元 [6] 汤晓军．低温环境下 Q345B 钢在起重机制造中的可焊
素含量有很大关系，主要表现为过热区的脆化问题。 性[J]．起重运输机械，2013（8）：105-107.
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