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　　摘 要:某304奥氏体不锈钢管外圈表面T型焊接加强套管的焊缝位置出现渗漏,采用宏观观 察、化学成分分析、液体渗透检测、金相检验和扫描电子显微镜分析等方法研究其渗漏原因。结果 表明:焊缝处存在大量气孔、未焊透、纵向裂纹等焊接缺陷,裂纹已穿透管壁;奥氏体不锈钢与加强 套管为异种金属焊接,产生了较高的焊接残余应力,同时焊接热输入量过大导致不锈钢的晶界性能 变弱,从而引起开裂。

　　奥氏体不锈钢具有高的热膨胀系数和低的热导 率,在焊接过程中容易产生较高的焊接残余应力和 较大的变形[1],且焊缝处容易产生热裂纹和晶间腐 蚀[2]。关于奥氏体不锈钢焊接失效的研究已有很 多,焊接残余应力及其引起的耐腐蚀性能下降是常 见的原因之一[3]。

　　在某304不锈钢管的安装过程中,为了避免钢 管与隔舱壁发生摩擦碰撞,在304钢管外部焊接加 强套管可以起到保护管材的作用(见图1)。加强套 管与管材之间通过T型接头连接,主要作用为固定 加强套管,焊缝不承压,套管材料为碳钢,即该焊缝 为不锈钢-碳钢异种钢焊接。该304不锈钢管在出 厂前已经经过相关检测,存在缺陷的概率极低。根 据客户提供的信息,当前钢管处于管路冲洗阶段,压 力为0.5MPa,计算得出管壁应力约为3MPa,应力 较低,相比不锈钢材料的固有力学性能,该工作应力 不足以使正常状态下的材料发生开裂。

　　钢管安装结束后,冲洗管路,在焊缝位置发现钢 管渗漏。为了分析该304不锈钢管的渗漏原因,笔 者进行了一系列理化检验,以避免该类问题再次 发生。

　　在管道的渗漏位置横向切断,断口宏观形貌如 图2所示,可见裂纹方向为沿管材纵向,裂纹从焊缝 气孔贯穿至管材内侧,气孔内存在明显的开裂,该穿 透式开裂是发生渗漏的主要原因。焊缝处气孔的宏 观形貌如图3所示,可见角焊缝处存在大量的气孔, 包括独立的大尺寸气孔和密集型气孔,最大气孔尺 寸约为5mm,数量最多的密集气孔处共有12个密 集小气孔。

　　对该失效的管材取样,并对试样进行化学成分分 析,结果如表1所示,可知该管的化学成分符合ASTM A312—2019《无缝和奥氏体不锈钢公称管》的要求。

　　经过仔细观察管材内壁,发现每个较大气孔及 密集气孔处都存在疑似开裂,为了观察管材是否还 存在其他开裂位置,对管材内壁进行了液体渗透检 测(PT),结果发现:渗漏位置和断面存在明显的PT 线性显示,与前述宏观观察到裂纹的形态、方向一 致。每个较大气孔及密集气孔处的疑似开裂位置都 存在PT线性显示,经判定为裂纹(见图4)。其他内 壁位置未发现PT线 金相检验及扫描电镜(SEM)分析

　　利用扫描电子显微镜对试样1进行观察,结果如 图6所示,在焊道的气孔内发现了很多开裂处[见图 6a)],且还存在从焊道处开始至不锈钢热影响区和母 材的沿晶裂纹[见图6b)],可见该处开裂情况十分严 重。由图6可知:试样开裂为非常典型的沿晶开裂, 且焊接已经导致了热影响区的晶界性能弱化。