焊接冷裂纹范文

焊接冷裂纹范文（精选7篇）

焊接冷裂纹 第1篇

强度较高, 可长期在500℃温度下工作;冷变形时塑性中等, 焊接性差。低温至-110℃, 并具有高的静强度、冲击韧度及较高的疲劳强度、淬透性良好, 无过热倾向, 淬火变形小, 冷变形时塑性尚可, 切削加工性中等, 但有第一类回火脆性, 焊接性不好, 焊前需预热至150℃~400℃, 焊后热处理以消除应力, 一般在调质处理后使用, 也可在高中频表面淬火或淬火及低、中温回火后使用。Q690D的碳当量与35Cr Mo接近, 故结合生产实际, 我们将工件预热温度选择在200℃~350℃, 采用气焊火焰进行加热。焊条在350℃进行烘干1h~3h, 随用随取。3.2焊接1) 用砂轮机打磨坡口, 清理毛边, 然后进行组对;2) 定位焊, 采用正式焊的焊接材料和工艺进行装配固定焊;3) 打底焊、填充焊、盖面焊, 尽量保持焊缝水平位置施焊, 注意保持层间温度不低于预热温度。3.2.1焊接工艺参数确定的焊接工艺参数如下:焊接方法采用手弧焊, 焊条J757ni。打底焊时选用焊条直径φ3.2, 焊接电流100A~110A预热温度200℃~350℃。填充盖面采用φ4.0焊条, 焊接电流120A~140A, 保证层间温度不低于350℃。3.2.2焊后保温处理焊后应立即进行保温处理, 在不低于预热温度的情况下保持一段时间。如果有条件可进行650℃回火处理或调质处理。4结论采用上述工艺进行焊接后, 对焊缝进行X射线探伤和金相检验后, 未发现缺陷, 满足要求。因此所选取的工艺是可行的。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册 (第二卷) ——材料的焊接[M].北京:机械工业出版社, 2001.

发动机中焊接类机匣焊接的裂纹控制 第2篇

关键词：裂纹,控制,焊接机匣

马氏体不锈钢在发动机中的应用极为广泛, 以其高硬度以及高强度的特点在发动机的焊接中发挥着重要的作用, 并且其硬度会随着合金中的含碳量的升高而升高。某发动机某焊接机匣采用该材料, 主要结构有扇形件、外壳体、内壳体等, 通过焊接的方式组合而成。其内外扇形件共八个, 由四十八条氩弧焊缝联结而成。整个铸件壳体内以及焊缝、焊接的热影响区在加工时均会发现裂纹现象。该组件一直以来的合格率仅为一成, 这在工艺改进前无疑是浪费了大量的材料以及人力物力, 同时也对生产进度造成了不利影响。相关技术人员也一直都致力于突破这个技术上的瓶颈。

1 焊接和热处理工艺流程

1.1 主要工艺

在对此焊接机匣组件进行装配以及焊接时, 主要流程包括:配套一酸洗一氩弧焊, X光检测, 吹砂, 氩弧焊, 荧光检测一热处理 (除焊接应力) 一荧光检测一车加上一精车一钻.镗孔一磁力探伤一终检。

由于八条氩弧焊缝存在于内外扇形件每个支板上, 因此对组件焊接后消除焊接应力热处理之前要进行氩弧焊三次、X光检测两次以及荧光检测一次。

1.2 主要问题

铸件的壳体以及焊缝和热影响区在无损探伤时会发现裂纹的存在, 整个组件的加工中磁力探伤发现的裂纹最明显。由于车工尺寸以及孔的尺寸和位置等因素使得不能对裂纹进行补焊, 这种处理方式会令零件变形。

2 技术工艺

2.1 焊接性

马氏体不锈钢的焊接问题主要是接头处的脆化以及冷裂纹现象。冷裂纹产生的基本原因就是材料的淬硬性, 焊接的接头含碳量越大, 接头材料的厚度以及拘束度就越大, 相应的冷裂倾向就会越大。并且, 马氏体不锈钢在导热性能上的能力不是很突出, 所以焊接后的参与应力释放较慢, 加之在空气中氧气的作用下, 会出现更加明显的冷裂倾向。

冷裂纹出现的另一个重要影响因素是焊接的生产条件。码是不锈钢的晶粒粗化现象较为显著, 当冷却的速度过慢时, 在焊接的近缝区很容易出现碳化物组织, 从而使得焊缝的韧性以及塑形下降。但是冷却速度又不能过大, 过大的冷却速度会导致马氏体组织过于粗大, 同样会令韧性以及塑形下降。因此, 对于焊接的冷却速度的控制一定要保证精准。

2.2 工艺特点

(1) 焊料的确定

为了使焊缝的性能能够符合要求, 在焊接时使用的焊丝应当尽量保证质量相同, 或者直接使用母体的本体进行焊接。而为了避免冷裂的出现, 在焊接时使用的焊丝可以用奥氏体钢, 但是奥氏体组织在强度上要低于马氏体不锈钢, 所以焊缝的成分就会在强度上相对较低。所以在焊接时可以采用母材做焊接材料或是til Crl2Ni3M02Co VA。

(2) 热处理相关问题

预热是防止冷裂纹产生以及硬脆现象出现的有效举措, 预热温度并非是固定不变的, 应当根据钢的淬硬倾向以及需要焊接材料的厚度的改变而改变, 范围在150-300℃之间。

对于HAZ以及焊缝可以通过焊后热处理对延迟现象以及焊缝性能加以改善, 而加热的温度通常在650℃~655℃。焊接之后的快速高温回火可以令延迟裂纹现象大大改善。回火的温度控制十分重要, 过高的温度会造成再次淬硬, 而过低则得不到预想的效果。

3 解决途径

为防止裂纹, 整个焊接首先采用如下规范参数:焊接电流I=70~80A;焊接速度V=0.10~0.12m/min;正面气流量且Ar=800~1000m L/s;背面气流旦Ar=400~600m L/s。结果扇形件中EU93212A壳体出现裂纹。产生裂纹的原因主要为: (1) 零件:参数不符合规定。焊接速度以及焊接电流偏大会导致焊接线能量过大, 这就会造成HAZ以及焊缝附近温度不均匀分布, 局部应力分布过于集中。 (2) 焊后热处理不及时。由于零件焊接后需要进行2次X光, 1次荧光, 零件焊接后术及时进行回火处理, 致使零什可能产生延迟裂纹。 (3) 零件焊前未进行预热, 焊后未进行相应的保温措施。因马氏体钢焊前需预热150~300℃, 一般在200℃左右, 焊后如果冷却速度较大, 则会产生粗大的马氏体组织, 同时焊缝的塑性和韧性也要下降。 (4) 清理不彻底。母材以及焊丝应当进行彻底清理, 表面存在有参与的脏物和油污, 夹具的表面也不清洁。

(1) 采用焊接参数

(1) 焊接电流I=60~70A

(2) 焊接速度V=0.08~0.10m/min

(3) 正面气流量Ar=700~1000m L/s

(4) 背面气流量Ar=400~600m L/s

(2) 调整焊后热处理与X光顺序

工艺顺序调格为:配套一酸洗一氩弧焊一热处理一X光检测—荧光检测—吹砂—荧光检测—车加工一精车一钻、镗孔一磁力探伤一终检。其中, 在焊接工序一次将8个扇形件所有焊缝全部焊完, 在8个小时内必须进行热处理, 再进行X光检测和荧光检测工序。

(3) 减缓焊后冷却速度

每一条焊缝焊完后, 守即用石棉布将焊缝包紧, 减缓焊后冷却速度, 防止产生粗大马氏体组织, 保证焊缝的塑性和韧性不下降。

(4) 清洁焊接材料

对母体待焊接区、焊丝进行清洗, 除去母材、焊丝待焊接处的氧化皮、油物及水分。对焊接上的装夹零件面用煤油清洗后凉干。

4 结论

焊接马氏体钢材及同类材料时, 应注意以下几个方面:

(1) 应尽量选用小电流、慢速度的焊接参数, 尽量减少焊接线能量, 降低焊缝及HAZ附近区域温度场, 避免局部区域应力集中。

(2) 焊接后应及时进行焊后除应力, 尽可能减少焊后放置时间。

(3) 零件焊前尽可能进行预热, 焊后进行相应的保温措施。

(4) 对焊接材料、母材和工装夹具进行严格清理, 去除表面水分, 氧化物、油污, 并使用同质焊丝焊接。

参考文献

水轮机转轮裂纹的焊接修复 第3篇

水轮机属于流体机械中的透平机械一类, 它的主要工作是将水流的能量转换成为旋转机械能的动力机械。早在2000多年前, 中国古人就发明了水轮, 用于灌溉以及加工粮食, 这就是水轮机的最早模型。现代水轮机则安装在水电站内, 用来带动发电机进行发电。

而对于水轮机而言, 其核心部件就是转轮。通过转轮的工作, 可以把水流的能量转化为人类需要的机械能, 完成能量之间的转换;可以说转轮的质量好坏决定着水轮机工作性能的优劣。转轮的叶型、尺寸精度、表面粗糙度和材料质量直接影响机组的效率和使用寿命。目前, 国际上都是以转轮的质量来衡量一个国家水轮机制造工艺的优良。

1 水轮机转轮裂纹的产生原因

水轮机运转时间长了, 其转轮会不可避免地产生一些小的裂纹, 这样将会给水轮机组的安全运行带来极大的隐患, 一旦发生安全事故, 对水电厂来说将是不可挽回的重大损失。水轮机的转轮轮毂与叶片间过渡区是容易发生裂纹的区域, 从力学结构上来分析, 它是整个转轮最薄弱的环节。经过多年的理论分析和实践证明, 此区域造成裂纹的原因主要有以下几种情况:

1.1 受力过于集中

在离心力和水压力的共同作用下, 在转轮叶片周边作为转轮工作时的主要应力区。相当应力沿叶片周边的分布可以通过第三强度理论可以计算得出, 通过分析计算我们找到了转轮叶片的四个主要应力区, 其位置分别为:

1) 叶片进水的正面并靠近上冠部分;

2) 叶片出水边正面的中部;

3) 叶片出水边背面靠近上冠处;

4) 叶片与下环连接区内。

由于受力的不均匀, 将会造成转轮叶片的上述部位过载受力, 极易产生裂纹。

1.2 铸造与焊接过程中造成的缺陷

在外部力量的影响下, 机械设备在生产过程中所形成的铸造气孔、砂眼等都有可能会形成裂纹。转轮叶片在受冷却过程中可能产生缩孔并造成松动, 这是由于其上冠和下环的厚度相关非常大。在转轮的生产铸造时, 如果焊接工艺不正确, 或者没按施工工艺要求进行操作, 就会在焊接缝和受热影响区产生裂纹。

1.3 工作运行中的原因

由于转轮的运行工作长期处于低负荷活着超负荷的状态下, 这同样会使得叶片在交变应力的作用下产生裂纹, 并且加剧。

2 水轮机转轮裂纹的种类

水轮机转轮的裂纹一般都是在出水边侧叶片与下环之间的焊接接头处形成的, 主要原因包括:

1) 形成于母材和焊缝的交界处, 焊缝纵向平行方向一般是裂纹产生的方向, 先产生于表面, 逐步向母材深处延伸;

2) 焊缝根部的最大应力集中处是裂缝的起源处。在焊接热影响区和焊缝金属内, 都有可能形成裂纹。具体情况是由母材和焊缝的强度、塑性以及根部的形状这些因素来决定的;

3) 在出水边圆R处产生的裂纹, 这种裂纹的取向一般与熔合线平行, 但有时也会与之垂直。在淬硬倾向大的区内容易形成此类裂纹。

3 水轮机转轮裂纹的焊接修复

以湖南某水电厂水轮机转轮裂纹的修复为例, 转轮母材材质为低碳马氏体不锈钢ZG0Cr13Ni5Mo, 修复裂纹选择的是三相组织G367M焊条, 它包含铁素体、奥氏体和马氏体, 可以有效预防冷裂纹的产生。转轮母材和焊缝金属的化学成分如表1所示。

3.1 转轮裂纹焊接前的准备

首先要依据PT探伤的结果标记出需修复的区域, 明显标记出裂纹的端头位置, 从而依据裂纹尺寸及部位决定裂纹处理原则。

其次, 在清除裂纹前为阻止裂纹的扩展, 要先在裂纹的尖端打止裂孔以截断裂纹, 止裂孔的孔深应比裂纹深度深。在裂纹清除过程中, 一般采用碳弧气刨方法加砂轮机打磨的方法进行清除。为了防止过热造成裂纹扩展及叶片变形, 碳弧气刨必须间断使用, 必要时可加钻止裂孔阻止裂纹的扩展。当缺陷清除后, 一定要将碳弧气刨造成的渗碳层彻底用砂轮机打磨干净, 直到露出金属光泽, 还应进行PT检测, 确认转轮裂纹彻底清除。

第三, 为了有利于施焊, 缺陷修补处要制出焊接坡口, 坡口角度在40°~50°之间, 坡口深度要保证能清除干净裂纹, 且要彻底打磨干净渗碳层。

最后, 在进行补焊前, 一定要用丙酮将待焊区域及其附近50mm范围内的水、锈、油等有害杂质清除干净。

3.2 裂纹的焊接修复

3.2.1 焊前预热

焊接时须对焊接区域及相邻150mm范围内的母材预热至100℃~120℃之间;必须要让预热区域均匀升温, 可用红外线测温仪在加热过程中进行监控。完成预热后, 才能进行焊接修复, 并且要在焊接修复的过程中保持这温度, 施焊区域焊接修复完成后要进行保温, 一般在2小时以上。

3.2.2 焊接材料

焊接材料采用焊芯直径为3.2mm和4.0mm的G367M焊条, 焊条在使用前需对焊条进行烘干, 且不能反复多次烘烤, 烘干后保存在温度为100℃~120℃的保温筒中, 使用时随用随取。

3.2.3 焊接方法

在焊接过程中为减少飞溅, 保证电弧稳定, 应使用旋转直流电焊机, 电源采用直接反转法, 即转轮接负极, 电焊条接正极。焊接时速度应尽量快, 焊层要尽可能地薄, 且每一层不能超过3mm, 以减少焊缝时产生的热裂纹, 这样做可以有效地提高焊接质量。焊接时的工艺规范如表2所示。

3.2.4 焊接过程

具体操作过程中, 可采用多层多道焊、退步焊, 使得焊接变形量能被控制到最小;为消除焊接应力可采用层层锤击的方法, 锤头应采用不锈钢材料, 避免渗碳, 并且要将锤头磨成半径为1.5mm~2.0mm的圆, 锤击点要快、轻、密集均匀。

要严格按照焊接的工艺规范进行操作, 保证焊接的质量。在焊接操作中为了防止弧坑的产生, 要保持短弧操作, 不要跳弧和横向摆动, 并且尽量减少焊缝内部缺陷;对于穿透性裂纹, 应在其正面焊2~3道焊缝后再在其背面施焊;焊接时要注意将焊层间的焊渣清理干净;焊盖面焊道时, 不能产生咬边及焊缝表面缺陷。

3.2.5 焊接完成

在焊接完成后, 为了使焊接区域缓慢冷却, 须采用石棉布覆盖在补焊区域的表面, 使其缓慢冷却至室温。在焊缝冷却后, 将焊缝表面打磨光滑, 使焊缝与母材过渡区无咬边和沟槽;对处理部位再次采用PT探伤检测, 确认无缺陷为止。

4 结论

水轮机是否能安全稳定地运行, 关系到整个水轮发电机组的安全稳定运行。近年来, 由于水轮机转轮裂纹的影响而对水电厂的安全运行造成的影响时有发生, 对水电行业来说敲响了警钟。我们应该要规范制度、加强日常检查, 定期对应力集中等易于产生裂纹的部位进行无损探伤检查, 发现问题要及时处理, 从而确保水轮发电机组安全稳定的运行。

摘要：转轮是水轮机的核心部件, 水轮机在使用过程中转轮出现裂纹是目前水电站普遍存在的问题之一, 如果出现的裂纹较大, 将会对水电厂的安全运行产生严重的影响, 因而水电厂的重要工作之一就是对转轮裂纹的检查和修复。本文针对转轮裂纹的产生、种类以及采用G367M焊条对母材材质为马氏体不锈钢的转轮裂纹进行修复的方法进行了简要的概述, 为水轮机组的稳定运行提供了可靠的依据。

关键词：水轮机,转轮,裂纹,焊接

参考文献

[1]徐祖耀.马氏体相变与马氏体[M].北京:科学出版社, 1980.

[2]陈伯鑫.金属焊接性基础[M].北京:机械工业出版社, 1982.

[3]陈占发.混流式水轮机叶片裂纹原因分析及其处理工艺[J].水电站机电技术, 2003 (12) :34-38.

焊接495HR电铲铲斗斗唇裂纹 第4篇

采用CO2气体保护焊焊接, 以平焊和横焊为主, 采用多层多道堆焊焊法。选择熔敷金属成分和力学性能与斗唇原材料相近的PRIMACORE LW-81Ni1焊丝。LW-81Ni1焊丝是一种含有1%Ni的微合金气保护药芯焊丝。可适用于全位置焊接, 特别设计用于要求优良低温冲击性能的结构件。

焊接设备使用Lincoln DC-600焊机及配套移动送丝机, 用纯度>99.9%的CO2气体保护, 焊丝直径1.6mm, 焊接电流240~280A, 电弧电压24~27V, 送丝速度190m/min, 气体流量20L/min。用碳弧气刨清理裂纹两侧各10mm范围内的已疲劳金属, 制作对称X形坡口。利用角向磨光机、直磨机等工具, 对坡口做表面处理直至露出金属光泽, 修整破口平面度, 磨除坡口两侧边缘50mm范围内的锈迹及杂物。

根据斗唇及裂纹外部形状, 采用履带式加热板在焊缝两侧150~200mm进行焊前预热与焊后保温, 预热温度控制在230~250℃。焊接过程中层间温度控制在200℃以上, 全程使用Raytek Rayger STTM60测温仪监控温度变化。焊后保温4h, 保温温度控制在280~300℃。

用一台焊机打底焊接, 焊接完毕后立即用风镐、风动扁铲等工具敲击焊肉部位, 以释放焊缝处焊接应力, 清除药皮等焊缝间杂物。检测焊缝是否发生裂纹, 如有去除缺陷, 重新焊接。

打底焊接后, 使用两台焊机在焊缝的两边同时对焊第二层。每焊完一道焊缝, 都得立即进行敲击。全部焊接完后, 利用角向磨光机打磨焊缝, 去除焊瘤等缺陷, 使焊接应力得到均匀释放, 避免产生延迟裂纹。

某桥梁钢焊接箱裂纹产生原因分析 第5篇

某桥梁施工过程中,在进行钢箱梁腹板拼接焊接后,发现钢板表面有一条裂纹从焊缝内延伸出来,该裂纹与焊缝走向呈70°角,长度约82mm。同时,焊缝区周边存在烧伤痕迹。钢板板厚为14㎜,材质为Q345qD,采用CO2气体保护焊焊接。

2 理化检验

2.1 宏观检验

钢板裂纹位置见图1,钢板表面发现一条由焊缝区内延伸出来的裂纹,裂纹的走向与焊缝呈70°角,磁粉探伤显示裂纹长度为82mm;钢板表面焊缝区周边有烧伤痕迹。在裂纹处取样,制成宏观检验试样,其断面见图2,可见异物与钢板表面以约25°角嵌入钢板芯部,呈黑色发亮状态并有气孔,其厚度为1～2mm,嵌入钢板芯部深度为8mm。

2.2 化学成分分析

在裂纹附近的母材处取样进行化学成分(质量分数)分析,结果列于表1。钢板化学成分符合GB/T 714-2000标准中Q345qD钢的技术要求。

(%)

2.3 力学性能检测

在钢板完好部位取样进行焊接接头力学性能检测,共制取两个拉伸试样、两个面弯试样、两个背弯试样、三个焊缝中心区冲击试样和三个热影响区冲击试样,结果见表2,弯曲试验均无破坏,表明钢板力学性能符合GB/T 714-2000标准中Q345qD钢的技术要求。

2.4 金相检验

在试板裂纹处沿裂纹方向切取金相试样,经4%硝酸乙醇溶液侵蚀后观察,从图3中可看出其板材基体组织为珠光体+带状铁素体;从图4可看出右下角处为嵌入的夹杂物,裂纹边沿母材金相组织为珠光体+板条状马氏体,图中左侧为母材的带状组织;图5为裂纹边沿母材金相放大组织,可见其组织为珠光体+板条状马氏体。

3 分析与结论

通过以上检验,分析可知该裂纹为折叠裂纹,形成的原因是该板坯在热轧过程中落入异物所致,落入钢板表面的异物,随着滚轧过程,逐渐被嵌入钢板芯部,同时异物(疑似炉渣)轧成不规则扁形长条状,使钢板表面形成折叠裂纹。对于桥梁钢结构中使用板厚为14㎜的钢板作钢梁腹板,由于腹板钢板存在大块夹杂物,易引起在钢梁该处的疲劳裂纹产生,对桥梁安全产生隐患。

4 建议

(1)对发现缺陷的不合格的桥梁钢结构应立即卸架拆除,不得安装使用。

(2)对该批号板材进行全面超声波扫查检验,凡有超标缺陷的板材不宜投入下料使用。

(3)严禁在板面点焊、引弧,防止钢板烧伤,产生缺陷。

摘要：某桥梁用结构钢板,厚度14?,采用CO2气体保护焊进行对接,焊接完成后,发现一条从焊缝内延伸出来的裂纹。用力学试验、化学分析、宏观检验、金相检验等方法,对试板裂纹进行了检验和分析。结果表明,该裂纹为折叠裂纹,形成裂纹的原因是板坯在热轧过程中落入异物,随着板坯的滚轧,大块状异物逐渐被嵌入钢板芯部,同时被轧成不规则的扁形长条状,使钢板表面挤压成折叠裂纹。

焊接冷裂纹 第6篇

在压力容器中, 对焊接接头质量提出了相当严格的要求。压力容器与其它的焊接结构不同, 其焊接接头是受压壳体的重要组成部分。焊接接头承受着与壳体相同的工作应力, 经受相同的工作介质的物理化学作用。压力容器中的受压部件如筒体、封头、接管等都是通过焊接连成一个整体的。如果在焊接中存在某种缺陷, 就可能在焊接残余应力和工作应力的联合作用下逐渐扩展, 深入到壳体母材并最终导致容器的破裂。因此, 在压力容器中, 焊接缺陷的危害性极大, 必须严格控制。压力容器焊接缺陷有很多种, 热裂纹则是最常见的一种焊接缺陷。为了有效地消除和防止焊接接头中的热裂纹产生, 必须认真地分析缺陷的形成原因, 探索促使缺陷形成的主要因素, 有的放矢地采取具体防止措施。

2 热裂纹形成原因及防止措施

在压力容器焊接接头中, 常见的热裂纹有两种, 即结晶裂纹和液化裂纹。结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹, 是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂。而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重溶, 在收缩应力作用下而产生的裂纹。

结晶裂纹的形成需要3个因素: (1) 焊接母材和焊接材料的合金成分; (2) 熔池的形状与散热方向; (3) 熔池的体积, 以及工件的形状和壁厚。在上述3个条件中, 第一个是冶金因素, 它是焊缝金属热裂纹形成的根本原因。如果焊接熔池金属中低熔点杂质很少或根本没有, 则即使结晶的方向不利, 收缩量很大, 也不会产生裂纹, 而如果焊接熔池中低熔点共晶体较多, 即使结晶方向较理想, 焊缝金属的收缩应变较小, 也可能产生热裂纹。因此, 为了防止焊缝金属中热裂纹的形成, 最主要的是应严格控制焊缝金属中C、S、P和其它易形成低熔共晶体的合金成分含量, 这些元素和杂质的含量越低, 则焊缝金属的抗热裂能力越高。一般焊缝金属中C含量大于0.15%, S含量大于0.040%就可能出现裂纹。在压力容器中, 常用的碳钢和低合金碳钢含量最大可能达到0.26%, 在这种情况下, 首先必须选用低碳优质焊接材料, 使之与母材混合后形成的焊缝中C、S等含量低于上列临界值。其次可以从工艺上采取措施, 尽量减少母材在焊缝金属中的混合比。例如将焊缝开成一定形状的坡口, 减少埋弧自动焊坡口的钝边尺寸。选用线能量较低的焊接规范等。防止焊缝热裂纹的另一种有效方法是改变焊缝横截面的形状, 焊缝形状一般以形状系数来表征, 形状系数是焊缝宽度与熔深之比。形状系数越大, 热裂纹的形成几率越小。改变焊缝形状系数可由调节焊接规程规范参数来实现。提高电弧电压, 降低焊接电流可明显改善焊缝的成形, 也就提高了抗热裂的能力。下面举例说明在具体生产条件下, 热裂纹形成的原因以及防止热裂的有效措施。

例:一台壁厚为65mm的高压反应容器。选用22g钢厚板制成。环缝边缘加工成U形的坡口。V形坡口内环缝采用T507焊条焊接。内环缝焊满后, U形坡口底部无需清根, 可直接采用埋弧自动焊进行焊接。由于坡口的钝边为50+1mm, 故选用800A以上的电流焊接底层焊道。在焊接过程中, 将埋弧焊缝上的熔渣清除后, 从焊缝表面用肉眼就可以发现沿焊缝结晶中心线形成的热裂纹。这是一种典型的沿焊缝结晶迎合面形成的结晶裂纹。为分析这种裂纹形成的原因, 将焊丝和焊缝金属取样进行了化学成分的分析, 发现焊缝金属的C含量较高, 达0.15%～0.16%。焊丝的C含量仅0.08%。通过对比分析不难判断, 焊缝金属的较高C含量来源于焊缝金属中的母材。因为在焊接底层焊道时, 必须将50+1mm的钝边完全熔透, 加上采用较高的焊接电流, 焊缝金属的熔深较大, 焊缝的形状系数较小, 焊缝的金属结晶方向也有利于裂纹的形成。为消除这种热裂纹, 必须降低焊缝金属中的C含量, 改善焊缝的成形。在实际的生产条件下, 用更换C含量较低的壳体材料往往是不现实的。因此降低焊缝金属C含量的唯一办法是修改坡口的尺寸, 即将坡口的钝边由原来的50+1mm改为30+1mm, U型坡口的底部R尺寸由原来的80+1mm改为100+1mm。钝边减薄后采用较低的焊接电流就可达到完全焊透。这样, 既减小了母材在焊缝中的混合比例, 又改善了焊缝形状。按改进后的工艺焊接的焊缝无论从外表检查, 还是用x射线检查, 均未发现裂纹, 这证明上述防止热裂的工艺措施是有效的。

液化裂纹的形成则归结于母材晶粒边界的低熔点共晶物。因此液化裂纹多产生于C、S、P杂质较高的母材与焊缝的融合边界。为防止液化裂纹, 首先应从材料上着手, 选用S、P杂质含量低的母材, 往往S、P含量偏标准范围上限的钢材就更容易产生液化裂纹。为了消除液化裂纹, 可以采取下列工艺措施: (1) 对需要用大规范埋弧焊焊接的钢板进行筛选, 采用C、S、P含量低的钢板。 (2) 对于直边不开坡口的对接接头, 加大接缝间隙至4～5mm, 这样可以在较小的焊接电流下完成完全焊透的焊缝。 (3) 将对接焊缝开成V型坡口, 采用低规范多道埋弧焊自动焊。当然采取这种工艺措施会大大降低了焊接生产率, 不是一种值得推荐的合理工艺, 只能在无法更换材料时才可采用。而防止液化裂纹的根本方法是选用C、S、P含量较低的材料, 钢中C含量在0.20%以下, S、P含量在0.03%以下, 就不会出现近缝区的液化裂纹。

3 结语

在实际生产中, 造成焊接缺陷产生的因素往往是错综复杂的。其中包括结构、冶金、工艺因素。而这三个主要因素本身又涉及到很多方面。为了查明一种焊接缺陷的形成的真正原因, 需要作大量反复的试验和调查研究, 对于实际生产中产生的热裂纹焊接缺陷, 掌握其具体的防止措施, 最大限度地避免其发生, 对减少压力容器安全事故的发生, 保证设备的正常运行具有深远意义。

参考文献

[1]JB/T 4709-2000, 钢制压力容器焊接规程[S].

[2]张金昌.锅炉、压力容器的焊接裂纹与质量控制[M].天津:天津科学技术出版社, 1985.

接管法兰与筒体焊接裂纹分析及控制 第7篇

我公司为广西石化公司制造的石脑油加氢-轻烃回收装置反应产物分离罐, 其主体筒体厚度为δ=83mm (基层厚度为80mm, 复层厚度为3mm) , 材质为16Mn R+Monel400复合钢板, 设备上有一个内径为1400mm的水包, 主体筒体及水包上总共有12个包括人孔在内的大小不一的接管法兰, 接管法兰材质为16Mn的Ⅲ级锻件, 接管法兰公称直径为DN50~DN500, 接管法兰内侧堆焊Monel合金, 水包及接管法兰与筒体相焊处的管壁厚度最小为90mm, 最大为200mm。接管法兰与筒体采用承插式接头连接, 采用对称的双面单边V型坡口, 坡口角度为40°。焊接采用焊条电弧焊, 焊条为J507R (E5015) 。在组焊第一个接管法兰时, 接管法兰与筒体连接时在坡口四个方向对称点焊固定, 焊前采用电加热进行了预热, 预热温度为100℃, 焊接过程中加热器未中断过加热, 焊后进行了后热处理, 焊接时先焊内侧基层, 焊完内侧基层后发现在焊缝区出现沿焊缝中心的纵向裂纹。采用碳弧气刨清除裂纹发现, 此裂纹深而长, 基本上贯穿了整道焊缝。见下图1:

2 裂纹产生原因

根据裂纹在焊缝中的位置可以判断此裂纹为结晶热裂纹。焊接过程中, 焊缝结晶时, 由于结晶的先后不同, 产生了结晶偏析, 造成了化学成分的不均匀, 形成低熔相共晶, 在凝固过程中, 低熔相来不及凝固而形成液态薄膜散布于晶粒表面, 在冷却凝固过程中, 当液态薄膜承受不了由于冷却收缩而引起的拉伸应力时便会产生结晶裂纹。影响结晶裂纹的因素主要有冶金及力学两个方面, 而采购的复合钢板、接管法兰以及焊材都是经过严格的验收的, 验收结果证明复合钢板、接管法兰以及焊材的质量都是合格的, 因此, 本文主要从力学因素方面对上述裂纹进行分析。

(1) 焊接先焊内侧基层, 此时, 接管法兰处于垂直朝下的位置, 焊内侧基层前虽然在外侧进行了预热, 但由于是采用加热绳进行预热, 当接管法兰置于筒体的正下方时, 盘敷在筒体上的加热绳便会往下垂, 与筒体贴合不好, 使得加热效果不好, 因而使加热温度达不到要求, 且盘敷在筒体侧的加热绳宽度不足100mm, 加热范围不够, 而接管法兰侧的加热绳由于可以紧紧缠绕在接管法兰上, 因而贴合良好, 加热效果就好, 由此造成了接管法兰与筒体的温度不均匀, 即焊缝两侧温度不均匀, 造成热应力的增加。

(2) 焊缝两侧母材厚度较厚, 筒体的厚度为83m m, 接管法兰的厚度超过100m m, 且接管法兰与筒体组对时采用从四个方向对称点焊固定, 属于刚性连接。大的厚度及刚性连接, 增加了焊缝的拘束应力。

(3) 内侧基层焊接完毕后虽然进行了后热, 但并未按工艺要求加热到规定的温度, 且后热时间也未达到工艺的要求, 同时, 后热时虽然在筒体外侧包敷了保温棉, 但内侧 (即焊缝) 却是裸露的, 因而在冷却时达不到缓冷的目的, 且造成了内、外两侧的温度不均匀, 快的冷却速度及大的温度梯度也增大了热应力的产生。

(4) 坡口角度为40°, 使得焊缝成形系数 (焊缝宽深比) 小于1, 给焊缝的受力状态、结晶条件及热的分布造成了不利影响。

由上述分析可见, 接管法兰与筒体连接的焊接裂纹是由于拘束应力及热应力综合作用而产生的。

3 返修及预防措施

针对上述裂纹产生的原因, 特制定下列返修及预防措施。

3.1 提高焊缝成型系数。

(1) 采用火焰切割将接管法兰取下, 将其上的熔敷金属全部去除, 打磨光滑, 并将筒体开孔坡口重新加工, 增大坡口角度至不小于45°, 再对管壁打磨表面及坡口表面做MT检测, 确认无缺陷后按照3.3条要求重新组对接管法兰。

(2) 将其他所有开孔坡口重新加工, 将坡口角度增大至不小于45°。

(3) 调整焊接工艺参数。采用小规格焊条进行打底焊, 填充焊时也采用小电流、小电压焊接, 并控制焊接速度不宜过快。

3.2 预热及后热的控制

(1) 提高预热及后热的温度。预热温度控制在150~200℃, 后热温度控制在300~350℃, 后热保温时间必须达到1小时以上。

(2) 对接管法兰的加热继续采用加热绳, 但对筒体侧的加热不再使用加热绳, 改用加热块。加热块能很好的贴附在筒体上, 同时也增大了加热范围, 加热宽度达到220m m, 同时, 在接管内塞入保温棉, 在待焊接侧距坡口边缘200mm范围内的筒体上都盖上保温棉, 只留出焊缝位置以焊接。焊接前用红外测温仪测量温度, 达到预热温度后才开始焊接。

(3) 在内侧基层焊接完毕后必须按要求进行后热, 后热时必须保证温度及保温时间达到工艺的要求, 同时焊缝内、外两侧都必须包敷保温棉。

(4) 筒体外侧焊缝的焊接也必须严格按照上述要求执行。

3.3 降低接头的刚度和拘束度

接管法兰与筒体组对时, 不再在坡口内进行点焊加固, 而是改为如下图3所示方法进行固定。图中四块支撑板分别与筒体及接管法兰点焊固定, 使得接管法兰与坡口根部有一定的自由度。

4 结论

(1) 按上述措施对裂纹进行返修及再进行其他的接管法兰组焊时, 未再发现有裂纹产生, 焊接质量得到了有效的控制。

(2) 在对厚壁容器的接管法兰与筒体焊接时, 采取有效的措施, 控制焊缝成型系数、预热温度、后热温度及时间以及降低接头的刚度及拘束度, 可以有效的预防裂纹的产生。

参考文献