延遲裂紋的出現(xiàn)：

氫致延遲裂紋一般出現(xiàn)在焊接完成之后的幾個小時、十幾個小時、幾天、數(shù)月甚至更長時間之后，故此得名。

延遲裂紋的危害：

裂紋的出現(xiàn)有滯后性，部分裂紋無法通過焊后探傷檢測，此外延遲裂紋的出現(xiàn)一般為突發(fā)出現(xiàn)，無明顯的征兆，如果在設(shè)備投運后出現(xiàn)，將為人民的生命財產(chǎn)安全埋下重大隱患。

氫致延遲裂紋而導致的事故在國內(nèi)外都常有發(fā)生，據(jù)1965年英國的統(tǒng)計，在英國發(fā)生破壞的132臺壓力容器中，由于延遲裂紋引起的破壞就有118臺，占破壞總數(shù)的89.3%。

日本的焊接技術(shù)在國際上處于非常高的水平，但是其某公司生產(chǎn)球罐144臺，在使用過程中從45臺球罐中檢測出裂紋1471條，其中屬于延遲裂紋的就有1248條。

1979年12月18 日我國吉林煤氣公司液化站發(fā)生液化石油氣罐群爆炸事故，炸毀400m3球罐6臺、50m3臥罐4臺、15kg液化石油氣鋼瓶3000多個，死亡32 人，重傷54人，直接損失600多萬元。

事故的直接原因是2號球罐上的環(huán)向焊縫在制造過程中存在延遲裂紋，在低溫和高應力的長期作用下，焊縫最終被撕裂，液化石油氣噴出引起了燃燒和爆炸事故。

氫致延遲裂紋的產(chǎn)生：

（1）產(chǎn)生條件

中存在的擴散氫、焊接接頭的脆性組織（馬氏體、上貝氏體等）、焊接殘余應力和外界應力導致的應力集中。

（2）產(chǎn)生的位置

裂紋、焊道下裂紋、根部裂紋，該三種裂紋大部分都位于焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)位置。管線鋼的焊接接頭處單次熱循環(huán)焊接熱影響區(qū)主要分為由與母材相近的部分相變區(qū)，由等軸鐵素體組成的正火細晶區(qū)和由馬氏體、貝氏體、粗大鐵素體組成的過熱區(qū)組成。由于過熱區(qū)主要由脆硬的馬氏體、貝氏體和粗大鐵素體構(gòu)成，其硬度較大，變形能力差，在遇到較大應力時易于出現(xiàn)開裂。

（3）產(chǎn)生的過程：

①淬硬組織：母材受到焊接電弧的熱作用，并在快速冷卻的條件下，母材由塑韌性較好的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘤驳鸟R氏體結(jié)構(gòu)（即焊接熱影響區(qū)淬火組織）

②擴散氫：焊接時，焊條、焊絲受潮，焊口油污、水、泥等，使焊縫金屬存在大量的氫，并超過其臨界含量

③應力集中：焊縫冷卻收縮應力、焊接順序不當、鋼管未加支撐、鋼管下溝變形、管線的打壓和服役時承受的壓力等，同時焊縫金屬未與母材進行圓滑過渡使得焊根處的應力集中系數(shù)較大

當上述三個條件同時滿足時，焊縫中的擴散氫會在應力、氫濃度梯度和金屬內(nèi)缺陷的作用下向熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)擴散，當氫濃度達到一定值，并且焊縫處由于應力集中產(chǎn)生的應力大于焊縫的屈服極，焊接接頭會發(fā)生塑性變形，淬火組織為脆硬相，其協(xié)調(diào)變形能力差，便會在此處產(chǎn)生裂紋。裂紋產(chǎn)生的速度大部分取決于氫的擴散和聚集速度。

氫致延遲裂紋產(chǎn)生三要素對其他性能的影響：

（1）對腐蝕的影響：

氫在金屬表面吸附，致使局部酸化，加速腐蝕；

馬氏體屬于非穩(wěn)態(tài)組織，耐蝕性較差；

應力集中使金屬發(fā)生應力腐蝕和應力腐蝕開裂。

（2）對接頭力學性能的影響：

氫在金屬中溶解和聚集會產(chǎn)生附加應力以及與其他元素發(fā)生反應產(chǎn)生脆化物，致使金屬的韌性變差，當遇到突然的外力時不能通過變形釋放能量而導致開裂；馬氏體為脆硬組織，變形能力差；

（3）對陰極保護的影響：

陰極保護條件下，馬氏體的析氫電位要比鐵素體的高，即在同等的陰極保護電位下，馬氏體組織表面更易于氫的析出。

此外，馬氏體的氫脆敏感性要遠遠高于鐵素體，即在服役過程中，馬氏體組織更容易發(fā)生破壞。在同等的陰極保護電位下，馬氏體組織具有更小的延伸率。（橫坐標為陰極保護電位，縱坐標為延伸率，其中1350代表X80鋼焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)、950為細晶區(qū)、800為部分相變區(qū)、X80為X80鋼母材）

延遲裂紋的出現(xiàn)，對國家財產(chǎn)和人民的人身安全有著非常大的威脅，所以在焊接生產(chǎn)過程中要采取合理的措施來避免延遲裂紋的出現(xiàn)。在上一期中詳細介紹了延遲裂紋產(chǎn)生的原因，即延遲裂紋三要素：擴散氫、淬硬組織、應力集中，當這三個要素缺少任何一個時，延遲裂紋都不會出現(xiàn)，所以這一期主要從這三個要素著手，分析一下延遲裂紋的防治措施。

1、擴散氫

焊縫金屬中的擴散氫主要來自焊接過程中，氫在熔池中的溶解，當熔池凝固時，氫的溶解度迅速降低，致使溶解氫以氫氣的形式從熔池中析出，但氫不能夠以氫氣的形式析出，焊道處剩余的氫便以游離氫殘存在焊縫金屬中形成可擴散氫。減少焊縫金屬中的擴散氫主要有兩種途徑，一是控制氫的來源，而是增大氫向金屬外的擴散速度。

a、控制氫的來源

焊接過程中氫的來源主要是水(H2O)的受熱分解，H2O在焊接電弧的高溫作用下會分解出游離的氫(H)，H會在熔池中溶解，形成溶解H。水的來源主要有，受潮焊條、焊絲，管口處的鐵銹，管口處有霜、雪或潮濕，管口有油污、油漆等有機物，以及空氣濕度過大等。所以控制氫來源的主要措施可以歸結(jié)為：，焊材的干燥，其中包括焊材的烘干和烘干后的保存，尤其是吸濕力的低氫焊條；第二，管口的清理，焊接作業(yè)前要嚴格對管口進行清理，保證焊口處及周圍無冰霜雪、油污、鐵銹、水份等；第三，在雨雪霧天，沒有一定的防護措施不得進行焊接作業(yè)。

b、加強氫向金屬外的擴散

存在焊縫金屬中的氫會自發(fā)的向金屬外擴散，氫的擴散速率隨著溫度的增高而加快，所以增加氫向金屬外的擴散就是延長焊縫金屬在較高溫度段的停留時間（此處的高溫不應引起金屬發(fā)生額外的相組織變化），當焊接電壓電流一定時，焊前預熱、焊后緩冷以及消氫熱處理能夠?qū)崿F(xiàn)降低焊接接頭的冷卻速度，延長高溫停留時間。

焊前預熱：焊前預熱除能夠?qū)缚谶M行烘干外，還能夠縮小焊接環(huán)境溫度與焊道溫度的差值，能夠降低焊道的冷卻速度。

焊后緩冷：焊后緩冷主要是通過焊后對焊道處施加無熱源的保溫措施，管道施工主要采用保溫被（緩冷被）。

消氫熱處理：消氫熱處理是在焊接作業(yè)完成后通過對焊道處加熱，使焊縫中的氫迅速向外部擴散，加熱的方法主要有加熱爐、中頻加熱、火焰加熱等。

2、淬硬組織

淬硬組織的產(chǎn)生主要是由于焊道的t8/5(從800℃冷卻到500℃的時間，其決定了焊接接頭的室溫組織構(gòu)成)過短，導致奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體或上貝氏體。決定t8/5長短的因素包括焊接預熱和焊接熱輸入。焊接預熱能夠提高母材的溫度，降低焊縫凝固后的冷卻速度；焊接熱輸入的大小決定了焊后焊道的溫度。所以為了避免或盡量降低淬硬組織，在焊前要進行預熱，同時也應控制焊接熱輸入，在母材溫度較低的情況下盡量避免短時間的點焊。

此外較大的焊接熱輸入也會使焊接熱影響區(qū)的溫度過高而產(chǎn)生淬硬組織，在焊接過程中也要避免在較短的時間內(nèi)對局部區(qū)域施加較大的熱輸入，在實際的作業(yè)過程中推薦多層多道焊。

3、降低焊接應力及應力集中

焊接應力主要來自與焊接過程中產(chǎn)生的焊接內(nèi)應力和在管線安裝和使用過程中產(chǎn)生的外應力。應力是延遲裂紋產(chǎn)生的直接原因，同時焊接接頭處由于形狀不規(guī)則會產(chǎn)生一定的應力集中，當疊加的應力大于材料的強度時，便會產(chǎn)生裂紋。

內(nèi)應力：內(nèi)應力來自焊縫凝固后的收縮應力，降低焊縫收縮應力主要通過減少焊接拘束，使焊縫自由收縮。在管道安裝的實際作業(yè)過程中很多地方不能夠?qū)崿F(xiàn)自由收縮，此時要采用合理的焊接順序，避免先成型的焊縫對后續(xù)焊縫造成較大的拘束，在返修過程中磨削打漏的長度要達到一定的長度，增大焊縫的收縮空間。

外應力：在管線安裝作業(yè)中，由于鋼管的自重，鋼管的吊裝組對，支撐土堆的堆放等等，無可避免的會引入外界應力。在管線安裝施工中要采取合理的措施來減小外界應力的引入，比如鋼管的對接過程中可以預做一個小土堆，焊接完成后在做完整的土堆，避免焊接后撤出吊裝鋼管的懸空；精確的使用彎頭彎管，避免由于角度不合適而出現(xiàn)不應該出現(xiàn)的彈性敷設(shè)。

應力集中：應力集中主要由受力構(gòu)件的截面突變引起，應力集中會使材料在較小的應力下發(fā)生破壞，在低韌性材料中更為明顯。應力集中程度由應力集中系數(shù)決定，截面過渡角度越小應力集中系數(shù)越大，反而越小，即尖角過渡與圓角過渡相比具有較大的應力集中系數(shù)。

管線中的焊縫相對與母材具有較差的塑韌性，同時也存在截面突變，是由應力集中而發(fā)生破壞的重點區(qū)域。所以在焊接過程中要注意能用圓角過渡的不采用尖角過渡，能用平滑過渡的不采用圓角過渡，能不引起截面突變的盡量不要引起截面突變。

比如，焊縫與母材過渡處應采用平滑過渡，焊縫余高不能過高，焊縫不能低于母材，焊縫寬度盡量保持一致，對局部焊縫修補后，要打磨成與原焊縫相同的高度和形狀