不锈钢焊管焊缝裂纹产生的原因
发布时间:2021-08-04
对一套带有焊缝裂纹的不锈钢焊管试样，要求确定焊缝开裂的产生原因。
1.宏观检查
壁厚为2mm的焊管试样采用的是直缝焊。沿焊缝中心线能够看到分布无规律的小裂纹;304不锈钢管成品表面组别为2B，并且在钢管的一端有一段扩径区域;在焊道上存在黄褐色的锈点，而且在小裂纹的内部表面也可见锈蚀。
2.化学成分
从304不锈钢管的母材上切取试样进行XRF和碳分析，结果如下表所示，母材金属符合304钢的标准要求。
3.显微检查
切取焊缝和母材金属试样作金相检验。结果是焊缝金属(WM)含有3.94%的铁素体;热影响区(HAZ）是窄的;母材金属(PM)是由奥氏体晶粒组成的，并伴有沉积于晶粒边界的碳化物存在。切取一个包含PM, HAS, VW的焊接接头试样，然后再沿焊缝中心切开对这个表面进行电子显微镜((SEM)检查.焊缝裂纹区域呈现枝晶结构，而焊缝正常的区域是具有塑性断裂的表面，通过对焊缝金属热裂纹的检查，能够清楚地看到枝晶间裂纹，枝晶间裂汁进而又形成了在相邻区域内引起脆性断裂钢应力集中因素;同时在不同区域上进行的EDS分析.发现了下列物质:
·枝晶间结构:O, Al, Si, Cl, Ca, C,S、Cr, An、Ni(能谱1)
·焊缝金属:CI、S, Cr, Mn, Ni(能潜2)
·母材金属:Cr. Mn, Ni(能谱3)
·经超声波清洗后的枝晶间结构:O2、Cr、Mn、Ni(能谱4)
4.残余应力的测定
用ASTM G58试验方法测定304不锈钢管。扩径区截面圆周方向上的残余应力，测定结果如下:
残余应力——82.10 MPa
5.讨论
焊丝和母材金属都没有导致焊缝裂纹的任何冶金缺陷。焊缝金属中铁素体的数量(3.9/%)超过了正常的抑制枝晶间裂纹(热裂纹和微裂纹）的铁素体含量，在304不锈钢管的管中残余应力值82.10MPa并不太高(409型钢管的典型残余应力大约是92MPa )，然而当焊缝金属从固相线冷却到大约982℃，在这段温度内，焊缝金属承受的应力应降到最小.因为在这一温度范围内焊缝金属对微裂纹最为敏感，而且在某些枝晶结构的表面上发现有氧化物，说明裂纹最大的可能是在高温下形成的，对裂纹中存在元素检查中发现的铝、钙、硅和镁很可能是由于304不锈钢管开裂后受到污染而造成的。
所以，不锈钢管厂应该研究一下焊缝在凝固和冷却过程中，不锈钢焊管是否承受了比正常应力值高的应力，对于诸如热输入(金属的过分膨胀)、加工工艺等参数和成型方式应该重新进行确定。
