20MnMoNi55钢焊接氢致延迟裂纹的产生及返修实例
1 缺陷分析
该产品环焊缝在焊后后热处理后对接头进行100%UT 、100%RT检验时均合格，说明裂纹不是在焊后立即出现，而是在焊后一段时间出现，具有延迟性。进一步取样分析，证实缺陷性质为“氢致裂纹”。
2 缺陷产生的原因
众所周知，钢种的淬硬倾向、焊接接头的含氢量及其分布、焊接接头的应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。它们相互作用、相互影响，其中必有一种或两种起主导作用。而氢致延迟裂纹的产生与接头的含氢量有直接关系，温度是影响接头氢扩散、逸出的重要因素，此次裂纹的产生经分析主要是温度原因。
（1）预热温度不均匀，层间温度偏低。预热可以有效地防止冷裂纹。措施之一，该产品施焊时，不具备整体预热的条件，采用煤气管道局部加热，加热区温度高，非加热区温度低，温度梯度大，冷却速度快，加之焊接过程中室温偏低（4℃左右），导致预热及层间温度不均匀，温度下降速度快。因筒体直径大，层间温度一层比一层低，在临近焊缝外表面时，已达不到焊接所要求的预热温度。
（2）焊后热处理不及时。延迟裂纹一般在焊后几分钟或几小时之后才会产生。若能在产生裂纹以前及时进行后热（消氢），可使扩散氢充分逸出，并在一定程度上降低残余应力的作用，有效地防止冷裂纹。而该产品焊接结束后，不具备整体后热的条件，采用煤气管道加热方式进行后热，室温太低，短时间内达不到后热所需要的温度，使扩散氢来不及逸出金属，达不到消氢的目的，导致产生裂纹。
针对缺陷产生原因，制定了详实周密的返修工艺。
3 缺陷返修
经无损检验人员的超声波探伤（UT），确认裂纹基本都在距焊缝外表面18～25 mm深度范围。因此，返修工作在外侧进行，具体采用分段、对称碳弧气刨、手工电弧焊的补焊方法。
3.1 返修难点
(1)施焊难度大。产品已经成形，管系部分焊接完毕，返修只能在外侧进行，必须准确确定缺陷位置，彻底清除缺陷（碳弧气刨），再进行施焊。
(2)控制预热及后热升温速度。产品管板直径较大且较薄（φ2 800 mm以上，δ=70 mm），双向钢换热管规格为φ44 mm×3 mm，管子与管板角焊缝焊肉较少，强度较低，而壳体较厚（δ=52 mm），它们受热的膨胀系数不一样。若采用常规的预热方法，管子受热后先膨胀，因外壳较厚，温度尚未完全传递到管板，故不膨胀。管子与管板角焊缝在应力的作用下容易拉裂，因此必需采用均热升温的方法，严格控制升温速度（≤50℃/h）。产品施焊前整体进炉预热，焊接中断后及时后热。既不能升温过快拉裂管子与管板角焊缝，又要保证扩散氢及时逸出，达到消氢的目的。详见图2和图3。
(3)控制层间温度。必须采取相应的保温措施控制层间温度，保证焊接要求的温度，确保返修质量。环缝返修时，碳弧气刨刨约1 m左右，下面用履带式加热片包住外壳保温。补焊完后，补焊处立即用履带式加热片包住保温，碳弧气刨刨对称处，再补焊。碳弧气刨及返修顺序为1→2→3→4→5→6→7→8，见图1。
3.2 返修工艺
3.3 返修要求
(1) 焊条使用前必须按规定温度烘干；(2) 用碳弧气刨彻底清除裂纹，(3) 刨槽深度和宽度尽量保持均匀一致，(4) 根部圆滑过渡；(5) 焊接时经常测量焊件的表面温度，(6) 采取保温或临时加热措施保证焊件温度不(7) 低于150℃；(8) 采用多层多道焊方法进行补焊，(9) 窄焊道，(10) 不(11) 摆动。因为后层对前层有消氢作用，(12) 并能改善前层焊缝和热影响区的组织，(13) 有效防止冷裂纹。
4 最终检验
返修后，对焊缝进行100%UT检验，一次合格。
5 结 论
(1)对20MnMoNi55类低合金高强钢焊接时应合理选择预热温度，均匀加热，严格控制层间温度，焊后及时后热。若条件允许，采用整体进炉预热和后热；
(2)对20MnMoNi55类材质的焊缝建议在完工后增加UT复探检查，防止延迟裂纹的出现；
(3)该产品焊缝返修一次成功，证明返修工艺切实可行，为今后此类材质的返修积累了经验。
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