压力管道的裂纹分析及控制

压力管道的裂纹分析及控制
摘要：把液体或气体从一个地方运到另一个地方一般采用压力管道，所以管
道质量的好坏对是否能够有效运送起着关键的作用，裂纹是压力管道最容易产生
同时也是最具危害性的缺陷，裂纹扩展到一定程度可造成材料断裂，从而导致安
全事故的发生。

本文介绍了压力管道裂纹形成原因的分析，然后提出原材料质量
控制、焊接工艺和相关人员对压力管道的操作能力的控制等预防裂纹产生的若干
措施，最后介绍压力管道检验裂纹的内容与方法。

关键词：压力管道；裂纹分析及控制
引言
压力管道长期处于高温高压工作环境中，采取有效的预防措施和检验手段来
控制压力管道裂纹的发生，减少因为裂纹而产生的失效形式，确保压力管道安全
的运行具有重要的意义。

1压力管道概念
简单来说，由管道组成件组装的系统，用于输送、分配、混合、分离、排放、计量或停止流体流动。

(一)最大工作压力不小于 0.1MPa的；
(二)公称直径大于 25mm 的；
(三)输送介质为气体、蒸汽、液化气，最高工作温度高于或等于其标准沸点
液体或易燃、易爆、有毒、腐蚀性液体的。

对于压力管道而言，要么承受内压，要么承受外压，而缺陷最容易出现在
焊缝位置，因此，焊接的质量至关重要。

2.1焊接裂纹
焊接热裂纹具有如下特征：
1）奥氏体不锈钢和镍基合金的焊接裂纹不同于碳钢和合金钢的焊接冷裂纹。

它是焊缝凝固结晶的后期，即在固、液共存温度下产生的裂纹，故称为焊接热裂纹；
2）焊接热裂纹有两种表现形式：一种是放射性裂纹，位于焊缝中部的纵向裂纹或弧坑内；熔合线和邻近母材的另一种晶间开裂也称为液化裂纹；
3）奥氏体不锈钢和镍基合金，工程中与焊接密切相关的常见裂纹，应力松弛裂纹和液态金属腐蚀。

焊接热裂纹机理如下：
单相奥氏体熔池结晶后期，柱状奥氏体和枝晶奥氏体晶体之间存在低熔点液态共晶或化合物，在冷却收缩变形形成的拉应力作用下导致晶间开裂。

奥氏体钢的凝固裂纹倾向有以下原因：
１）导热系数小、线胀系数大、焊接变形和应力大；
２）铌、硅、硫和磷首先凝固。

锰、钼、钨、钒和钛有利于防止凝固裂纹。

由于焊接热量过大，熔合线区域金属再液化后快速冷却产生的应力通常会导致液化裂纹。

焊接热裂纹对策如下：
目前，工程上最有效的措施是人为增加单相奥氏体焊接材料中铁素体形成元素的含量，并调整铬镍比，使焊缝金属中含有一定量的铁素体。

铁素体的数量可以改变熔池的凝固过程，消除或降低焊接热裂纹的风险，所以调整改善措施如下：
１避免焊接热量输入过多，多层焊接时，在焊接下一层之前，让底部焊缝充分冷却；
２控制焊道熔深与宽度的比值，避免形成深而窄的熔池
３焊口应填满，焊缝应饱满或凸起，不得形成凹焊缝；
４采用碱性焊条，抗裂性优于酸性焊条。

5降低母材和焊接材料中S、P等杂质的含量，提高纯度。

2.2点腐蚀
点蚀是指金属表面的局部腐蚀。

腐蚀局限于一个点或一个小区域。

腐蚀坑沿
重力方向优先发育，直至穿孔。

也有可能在腐蚀坑前部以更快的腐蚀速度诱发应
力腐蚀裂纹。

一般认为，点蚀机理是金属表面的钝化膜首先部分分解，形成电解槽。

小孔内的小面积阳极迅速腐蚀，并通过自身或催化过程不断深入发展。

腐蚀
坑的形成包括两个过程：金属溶解和在坑底部水解溶解的金属离子以保持高酸度。

点蚀是奥氏体不锈钢和镍基合金在中性或微酸性氯化物溶液中最常见的局部腐蚀
现象。

不同钼含量奥氏体钢点蚀的氯离子浓度与pH（65℃～80℃）之间的关系，
将导致输送介质和高浓度NaOH或其他强碱性流体的碳钢管道发生应力腐蚀开裂，俗称“碱脆化”。

碱脆化随着碱浓度和温度的增加而增加。

2.3蠕变裂纹
蠕变裂纹的产生分为三个阶段，初始蠕变阶段，这一阶段具有很强的隐蔽性，目前的一些检测技术很难检测出来，到稳态蠕变阶段，最后是加速蠕变阶段，影
响蠕变的因素有很多，与环境的压力、温度、时间等都有直接关系，在管理中要
做到早发现，早处理，从而使设备安全稳定运行。

3压力管道的裂纹控制优化
3.1焊接工艺的控制
压力管道安装过程中的焊接工艺直接关系到是否存在焊接缺陷，因此焊接工
艺非常重要。

为做好焊接准备，首先准备焊接工艺评定，根据焊接工艺评定编制
焊前工艺规程，然后对焊前工艺规范进行验证试验，并根据检查结果获得焊接工
艺评定报告，根据焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程，最后编制焊接工艺指导书，这是焊工在焊接过程中使用的操作指导书，它可以确保施工过程中质量的再
现性。

管材材质的检验、接头选型以及施焊处的清理和预热等，都应严格按照国
家的相关标准和规范进行。

施焊过程中，必须严格按照焊接工艺指导书进行施焊，改变焊接方法、母材等应重新编制焊接工艺评定报告。

采用连续焊的方法焊接每
道焊缝,不应任意中断,如意外中断,应严格根据工艺规范采用预热的措施，防止
产生裂纹。

拆除工、卡具时应注意不能使管道受损伤，拆除工、卡具后应采取打
磨平滑的措施,并应进行磁粉或渗透探伤检查管道。

焊接后应立即对焊缝进行后
热消氢处理，并确保加热温度与保温时间。

焊接后如发现焊缝处如出现气孔、裂
纹等缺陷,应打磨去除并且重焊。

焊缝同一位置的补焊次数不应该超过两次，如
若超过两次,焊补前应当经过技术负责人批准,同时应采取可靠的防范措施。

3.2提升相关人员对压力管道的操作能力
压力管道在建设中需要严把质量关，压力管道能否安全运行事关很多人的生
活质量问题，因此在压力管道的安全管理上要严格，对压力管道要确保质量。

在
选择相关工作人员时，要求工作人员安全意识高、业务能力强，只有各项素质达
标的人员才能安排到压力管道运行现场的工作岗位上。

同时，要根据实际的工作
需要，进行岗前培训，熟练掌握各项操作流程后才能正式投入工作；及时对各种
设备进行定期检修，排查各种安全隐患，对有问题的地方及时维修或更换，从而
降低风险的发生，保证压力管道设备安全、稳定运行。

3.3对压力管道材料的质量控制
不同管道所选择的材料是决定物质能否有效输送的关键，所以要对其进行严
格的质量监管，尤其要对设计方案采用什么样的管道，运送什么样的物质和管道
的适用条件进行严格的查验，另外，还要综合分析焊接等各种因素，确保以最低
的价格实现质量最优化，当管道的直径较小时，同一类型中又分为不同的等级，
所选用的材料也是一样的，当管道的直径较大，承受的压力较大时，一定要经过
有关单位的审核认证，才能够正常使用，并且在具体施工之前，还要经过再次的
抽查和复核，并且不管是那种管道都要有相应的资格认证，并具备质量检测等一
系列的文件证明，还要有相应的ts标识。

结束语
压力管道是指有一定压力，输送气体或液体的管状设备。

压力管道具有应用领域广、跨越空间大、承载压力大、输送介质多等特点，属于有较大危害性的特种设备。

近年来，随着我国工业的快速发展，压力管道的数量和种类快速增长，其潜在的安全隐患与日俱增。

如何对压力管道实行高效地检验，从而减少安全隐患，保障管道的安全运行显得格外重要。

裂纹是压力管道最容易产生同时也是最具危害性的缺陷，它的产生将显著减少承载面积，裂纹的端部形成尖锐的缺口，造成应力高度集中，裂纹扩展到一定程度可造成材料断裂，从而导致安全事故的发生。

因此研究压力管道裂纹产生的机理，同时采取有效的预防措施对确保压力管道的安全运行具有重要的意义。

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