壓力容器筒體縱縫埋弧焊終端裂紋的預(yù)防

1、應(yīng)用能源技術(shù)2007年第3期(總第111期)12壓力容器筒體縱縫埋弧焊終端裂紋的預(yù)防鮑文江(齊齊哈爾市齊化集團(tuán)機(jī)修廠,黑龍江齊齊哈爾161033)摘要:針對(duì)16MnR鋼制壓力容器筒體縱縫埋弧焊時(shí)焊縫終端易形成裂紋的問題,分析其產(chǎn)生原因,并采用改進(jìn)熄弧板等措施,最終取得了防止裂紋的滿意效果。關(guān)鍵詞:壓力容器;埋弧焊;裂紋;熄弧板中圖分類號(hào):TG423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1009-3230(2007)03-0012-03PreclusionofTerminalCrackforLongitudinalofPressureVessel(QiqiharQ,HeilongjiangHarbin;161

2、033)Abstract:inthecourseofsub-mergearcweldforlongitudinalweldofpre2ssurevesselbodyby16MnRsteel,Thisarticleanalysesthecausesofthecrack,measuressuchasimprov2ingblowoutplate,etc.wereadaptedtopreventthecracking.Keywords:pressurevessel;SAW;crack;blowoutplate16MnR鋼是一種具有較高強(qiáng)度和韌性以及良好焊接性的低合金鋼,目前被廣泛應(yīng)用于壓力容器、船體、

3、鍋爐等焊接結(jié)構(gòu)的制造。其中壓力容器筒體的主對(duì)接縫主要采用效率高、勞動(dòng)條件相對(duì)較好的埋弧焊。但在對(duì)中厚板(20mm)16MnR鋼制壓力容器的焊接過程中發(fā)現(xiàn)其筒體縱縫焊縫終端經(jīng)常出現(xiàn)較短的裂紋,對(duì)此一直沒有較好的解決方法,只能通過返修來解決,甚至因幾次返修不合格而只能報(bào)廢,延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,增加了產(chǎn)品的制造成本。所以,分析此裂紋的形成原因并尋求出相應(yīng)措施具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。收稿日期:2007-02-15修訂稿日期:2007-03-01作者簡介:鮑文江(1977),男,大學(xué)本科,畢業(yè)于佳木斯大學(xué)材料工程學(xué)院,現(xiàn)從事焊接工藝。1裂紋特點(diǎn)1.1裂紋所處位置及形狀裂紋位于筒體縱縫的末端,在進(jìn)行焊接返修

4、時(shí)發(fā)現(xiàn),該裂紋位于第一道焊縫的根部,有時(shí)也擴(kuò)展到焊縫的表面。從X射線底片上觀察,一般出現(xiàn)在距離筒節(jié)焊縫末端(不包括熄弧板上的焊縫)0150mm范圍內(nèi),較細(xì),呈淺黑色且長度較短。1.2裂紋的影響因素隨著板厚的增加,焊縫終端產(chǎn)生裂紋的幾率增大。在其它焊接工藝參數(shù)一定的情況下,焊接電流越大,焊接速度越小,產(chǎn)生裂紋的幾率也越大。且在焊接其它低合金鋼(20mm)時(shí),也發(fā)現(xiàn)有類似現(xiàn)象。2終端裂紋產(chǎn)生原因分析2.1鋼材的焊接性分析16MnR鋼是我國壓力容器行業(yè)使用最廣泛的2007年第3期(總第111期)應(yīng)用能源技術(shù)13一種低合金高強(qiáng)鋼,其(C)E<0.5%,其裂紋敏感性小,焊接性好,對(duì)多種厚度規(guī)格的1

5、6MnR鋼板的埋弧焊工藝作焊接工藝評(píng)定時(shí),試板從未出現(xiàn)過裂紋,且拉伸、彎曲等力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均符合GB150-1998鋼制壓力容器要求,證明采用的焊接工藝合理。2.2殘余應(yīng)力的影響圖1終端變形示意圖壓力容器筒體卷圓時(shí),在金屬內(nèi)部存在冷作殘余應(yīng)力,在焊接過程中,母材發(fā)生再結(jié)晶時(shí),在焊接接頭區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生新的焊接應(yīng)力。另外,筒節(jié)卷圓時(shí)受下料尺寸精度、卷板機(jī)精度和操作者技能的影響,縱縫接頭在組裝定位焊時(shí),存在著強(qiáng)行組裝現(xiàn)象,導(dǎo)致在定位焊焊道內(nèi)留下較大的拉伸應(yīng)力和切應(yīng)力。2.3焊接變形的影響圖2。A-B-B,B-B方向產(chǎn)生,同時(shí)原來存在的切應(yīng)力Z和橫向焊接殘余拉應(yīng)力y引起厚度方向錯(cuò)邊和橫向變形。由于埋弧焊

6、焊接熱輸入大,焊接溫度場熔池的構(gòu)造很復(fù)雜,焊接熱變形大,有時(shí)終端定位焊道已完全熔化,已經(jīng)結(jié)晶的焊縫對(duì)前方熔池周圍的拘束力較弱,熄弧板接受的熱量較多,常常由于自身溫度過高而失去剛度,從而也失去了對(duì)焊縫終端的拘束作用,實(shí)際上形成了終端無拘束狀態(tài),此處集中的應(yīng)力進(jìn)而將未完全結(jié)晶的焊縫金屬或強(qiáng)度未達(dá)到足夠高的焊縫金屬拉裂而形成較細(xì)、較短的裂紋,甚至是數(shù)條裂紋,這就是筒體縱縫埋弧焊產(chǎn)生終端裂紋的最主要原因。11,應(yīng)力和變形。同時(shí),焊接時(shí)在長度方向和厚度方向同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)邊變形,這種變形所產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力疊加到一起,使定位焊焊道內(nèi)應(yīng)力情況更加復(fù)雜。而且,筒體越長,熔池越接近終端時(shí),各種變形量越大,應(yīng)力和應(yīng)變

7、的累計(jì)使終端的定位焊焊道應(yīng)力值增加越迅速。2.4熄弧板的作用和影響在鍋爐壓力容器的制造過程中,對(duì)于筒體的焊接,尤其是縱焊縫的焊接,都要有引弧板和熄弧板。其中,熄弧板有兩方面的作用:一是焊縫焊完后將整個(gè)熔池引到熄弧板上在熄弧,可防止收弧處熔池金屬流失或留下弧坑;二是對(duì)焊縫末端起固定作用。當(dāng)焊接熔池進(jìn)行到焊縫終端,最后一道定位焊縫熔化時(shí),定位焊縫被加熱到無強(qiáng)度狀態(tài),失去了對(duì)筒體縱焊縫的固定作用,此時(shí)熄弧板就替代了定位焊縫,并且應(yīng)有足夠的拘束力固定筒體,以阻止筒體縱縫末端變形,如圖1所示。當(dāng)焊接電弧到達(dá)終端時(shí),最終定位焊焊道被3預(yù)防終端裂紋的措施終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是:定位焊焊縫被熔化;熄弧板又因

8、受熱溫度過高失去剛性,從而形成筒體終端無拘束狀態(tài)。因此,防止終端產(chǎn)生裂紋主要使應(yīng)加強(qiáng)對(duì)筒體終端的拘束固定作用,以減小應(yīng)力對(duì)焊縫金屬的拉裂作用,在生產(chǎn)中可采用以下兩條措施:(1)終端定位焊焊縫放在正式焊縫后焊面,其標(biāo)準(zhǔn)分享網(wǎng) 免費(fèi)下載應(yīng)用能源技術(shù)2007年第3期(總第111期)14焊縫截面應(yīng)較厚,一般應(yīng)占板材厚度的13,且宜靠近筒體縱縫的末端,這樣就加強(qiáng)了定位焊焊縫對(duì)筒體末端的拘束作用。(2)改進(jìn)熄弧板,在普通熄弧板的兩側(cè)開2條4試驗(yàn)及結(jié)果分析4.1焊接模擬試驗(yàn)對(duì)4種板厚分別為20,22,28和30mm的16MnR鋼焊接試板進(jìn)行實(shí)際焊縫模擬試驗(yàn)。焊接對(duì)稱的小槽,使其成為彈性熄弧板,具體結(jié)構(gòu)如圖2

9、所示。板材厚度為(筒體厚度+4)mm。該熄設(shè)備為MZ-1000型埋弧焊機(jī),焊接材料為H10Mn2焊絲+HJ431,焊前對(duì)焊劑進(jìn)行250×2h弧板的優(yōu)點(diǎn)是把熄弧功能和固定功能分開。熄弧板兩側(cè)的縫隙可有效地將熱隔開,以保證起固定作用的部分有足夠的強(qiáng)度繼續(xù)對(duì)焊縫終端固定,使筒體末端在縱向、橫向引起的變形量都降低。表1的烘烤。其中,厚度為20,22mm的板開Y形坡口,厚度為28,30mm的板開X形坡口,采用雙面焊,試驗(yàn)參數(shù)見下表1。焊接模擬試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果焊接工藝參數(shù)焊件厚度mm焊絲直徑焊接電流mmA600700750850800900電弧電壓V343638404042焊接速度(mh25282

10、6282628出現(xiàn)裂紋比例試驗(yàn)次數(shù)(%)202228304444362828無有無有無有無有111001021.30.023.60.035.10.04.2試驗(yàn)結(jié)果分析接工藝參數(shù),裂紋將顯著減少。同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)筒節(jié)制造全過程的質(zhì)量控制,如提高下料精度,提高筒節(jié)的卷圓質(zhì)量,避免強(qiáng)行組裝以減小組裝應(yīng)力,減小第1道焊縫的焊接熱輸入,選擇最佳的焊接工藝參數(shù),完全可以達(dá)到防止筒體終端產(chǎn)生裂紋的目的。參考文獻(xiàn)1GB150-1988.鋼制壓力容器S.2中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)M.北京:對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析表明(1)隨著板厚的增加,結(jié)構(gòu)剛性增大,筒體末端裂紋出現(xiàn)的幾率也增大。(2)采取如前所述的改進(jìn)措施,增強(qiáng)對(duì)筒體縱縫末端的剛性固定作用,同時(shí)采用合理的焊接工藝參數(shù)控制好第1道焊縫,可有效防止終端裂紋的出現(xiàn)。由表1可知,改