王哲勤

（吉林市廣播電視大學，吉林市 132001）

金屬材料在化學工業(yè)當中應用相當廣泛，“例如化工設備、化工管線、化工儀表等都有很大一部分是使用金屬材料來制造的”，①而設備、管線和儀表選材、制造和安裝的基本要求是滿足工藝和操作的使用要求，對于發(fā)展高質(zhì)高效的精細化工來講，在依據(jù)工藝和操作的需求對設備、管線和儀表等提出選材要求之后，化工設備、管線和儀表的制造、安裝的質(zhì)量水平，決定著化工單元操作的質(zhì)量水平和穩(wěn)定性②，所以，在一定意義上說，化工設備、管線和儀表的制造、安裝的質(zhì)量水平也是發(fā)展高質(zhì)高效的精細化工的基本瓶頸技術。而化工設備、管線和儀表的制造、安裝過程中，焊接是被廣泛應用的制造安裝方法，而就金屬材料的理化特性來研究化工設備的選材與焊接工藝之間的關系，是提高化工設備、管線和儀表的制造、安裝的質(zhì)量水平的基本技術研究之一。

一、滿足工藝要求的材料與焊接工藝選擇的意義

下面化工設備與管線制造與安裝焊接接頭失效實例:

例1:“某化工廠堿熔釜16 M n R基層在設備使用一年后出現(xiàn)的缺陷如下表1所示:

表1 缺陷分布統(tǒng)計

在對16 M n R基層的外側(cè)打磨后發(fā)現(xiàn)，隨著裂紋的深入，面積擴大，對其進行P T檢驗，可以看到:裂紋由里向外擴展，呈網(wǎng)狀。內(nèi)部裂紋細小，但密集；外部裂紋稀少，但逐漸擴大。

對16MnR基層裂紋部位取樣進行理化和金相分析。其結(jié)論:金相試件浸蝕后，顯示裂紋顯微形貌，裂紋以沿晶擴展為主，局部區(qū)段為穿晶擴展；裂紋有顯微分枝。

例2:“某化肥廠合成氨裝置碳黑水處理單元頂部閃蒸汽管線在運行過程中發(fā)生穿透性裂紋（圖1）:304不銹鋼管線連接鉻鎳不銹鋼，易發(fā)生應力腐蝕開裂的”。③這是因為在焊接過程中容易出現(xiàn)碳化鉻，導致局部貧鉻，抗晶間腐蝕和抗氯化物應力腐蝕開裂能力下降；用等離子切割加工時，如

則由于硬化層的高硬度和應力集中，

果不徹底磨除管線表面FeN硬化層，在Cl-富集的情況下會引起應力腐蝕開裂。

圖1 管線焊接裂紋

二、基于材料理化特性的焊接工藝分析

1）理論分析

上述兩實際例子中，材料焊接區(qū)域的理化特性決定了焊接結(jié)構的使用特性，而材料焊接區(qū)域的理化特性取決于焊接區(qū)域的成分狀態(tài)和組織結(jié)構。

焊接區(qū)域的金屬化學成分可以根據(jù)填充金屬、母材成分和熔合比來計算。“焊接區(qū)域的組織結(jié)構可以根據(jù)舍夫勒焊接組織圖預測”。④

實際上，焊縫中間部位與焊縫邊緣的化學成分有很大的差別，熔池邊緣靠近固態(tài)母材處，液態(tài)金屬的溫度較低、流動性差，液態(tài)停留時間較短，受到機械攪拌作用比較弱，是一個滯留層。該處融化的母材與填充金屬不能充分地混合，而且越靠近熔合區(qū)，母材成分所占比例越大。

同時，焊縫中間部位與焊縫邊緣的化學成分差異以及熱處理狀態(tài)差異使得焊接區(qū)域的組織狀態(tài)變化。

例如Q235與1 Cr18 Ni9焊接時的Schaf fler可以得到既定母材不同焊接條件下焊接區(qū)域的組織分布狀態(tài)。

“焊接區(qū)域的成分與組織狀態(tài)也可以用探針分析檢驗和金相分析檢驗”。⑤

Q235與1Cr18 Ni9焊接時融合區(qū)兩側(cè)在焊態(tài)及經(jīng)過高溫加熱處理后C、Cr元素的電子探針分析結(jié)果。顯然，經(jīng)過6000 C×100 h高溫加熱處理后，在焊接融合區(qū)靠近焊縫金屬一側(cè)的碳含量顯著增加，使熔合區(qū)附近的組織性能發(fā)生明顯變化，尤其是沖擊性降低。

如圖3所示是Q235與1Cr18 Ni9焊接時融合區(qū)金相分析

2）結(jié)論

焊接結(jié)構化工設備選材:符合設計、使用工藝要求，并在此基礎上選擇成分、組織與溫度易控材料。

C、Cr元素的電子探針分析

圖3 Q235與1Cr18 Ni9焊接融合區(qū)

金相分析

焊工設備焊接工藝:滿足設計、使用工藝要求前提下選擇成分、組織與溫度易控材料。并在實施操作中從微觀上控制成分與溫度場，宏觀上控制組織與溫度場。

化工設備選材與工藝控制:依據(jù)母材、焊材的理化特性，選擇合理的焊接條件和工藝條件，達到焊接區(qū)域理化性能更接近母材的焊接結(jié)果，這一結(jié)果，可以在焊接條件和工藝條件選擇上按合金元素的成分分布圖和Schaf fler焊接組織圖進行預測計算，在焊接實施后利用電子探針法和金相試驗法進行檢驗。

注 釋:

①任愛,趙燦,范長信,等.電站高溫鍋爐管奧氏體異種鋼焊接接頭失效方式研究[J].熱力發(fā)電,2003(8):p27-31

②于啟湛.石油化工設備用鋼的焊接[J].化工機械，1990（2）:p50-60

③鄔強，李國義，耿清.挖補板焊接殘余應力的測定研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2002（28）:p7-8

④ G.Muravin，B.Muravin，L.Lezvinsky.Revealing,Identi fying and Assessing Flaws in Weld Joints Operating High Energy Equipment and Ping Chemical,Fossil and Nuclear Power Plants by Quantitative Acoustic Emission Method[J],《Welding in the World》,2009(4).

⑤R.E.TOMAS.D.BRANDIA.C.SOUZAZ.MORA IS.Comparison between DC(+)and Square Wave AC SAW Current Outputs to Weld AISI 304 for Low-Temperature Applications,《Welding Journal》,2011(9).