某公司的100×108 m3/a商品气产能建设项目在施工时，其中一件法兰锻件和钢管在对焊过程中，即在焊缝部位发生开裂。该法兰锻件的规格为外径DN350 mm，压力为PN15.0 MPa，材料为16MnⅢ钢，和法兰锻件对焊的钢管材料也为16MnⅢ钢。为分析该法兰锻件焊接开裂的原因，四川建筑职业技术学院机电系王长健、颜凌云、刘俊清在法兰锻件的断裂部位气割一块试料，并在试料上切取分析试样，通过理化检验方法对其进行失效分析。    由化学成分分析结果可知，该法兰锻件除碳元素略有超标外，其余各元素均符合标准要求，碳元素偏差为0.01%，符合GB/T 222-2006中表2的规定，在允许偏差范围内，也就是说碳元素含量也是合格的；由金相检验结果可知，该法兰锻件的非金属夹杂物含量较少，显微组织正常；由力学性能测试结果可知，该法兰锻件的冲击性能符合NB/T 47008-2010的要求。上述检验结果证实，该法兰锻件冶金质量良好，法兰锻件的焊接开裂与锻件的材料冶金质量无关。

   据了解，该法兰锻件在焊接时没有预热。按照国际焊接学会推荐的碳当量公式及原则，碳当量≤0.4%时，工件可不预热；当碳当量为0.4%～0.6%时，工件必须预热；当碳当量＞0.6%时，工件可焊性差，不仅要预热，还要后热。根据上述化学成分分析结果，该法兰锻件的碳当量:CE=wC+wMn/6+(wCr+wMo+wV)/5+(wCu+wNi)/15=0.21%+1.514%/6+(0.049%+0.032%+0.008%)/5+(0.01%+0.013%)/15=0.482%，其中w为各元素的质量分数。

   该法兰锻件的碳当量为0.482%，即大于0.4%，按国际焊接学会推荐的原则，即在施焊时应该预热。预热即可降低焊接冷却过程中的热应力，还可降低焊接冷却速度。然而实际焊接过程中，该法兰锻件并未预热，这必将增加焊接过程中的冷却速度，即增加焊接过程中的冷却收缩应力，当冷却收缩应力超过材料的抗拉强度时，将会导致焊接开裂。因此，焊接工艺不当、焊前未预热是导致该法兰锻件焊接时开裂的关键原因。

《理化检验-物理分册》2015年第1期