埋弧焊縱焊縫終端裂紋原因分析及預(yù)防措施

1、埋弧焊縱焊縫終端裂紋原因分析及預(yù)防措施一、概述在壓力容器制造中,當(dāng)采用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時(shí),經(jīng)常會(huì)在縱焊縫的端部或靠近端部處產(chǎn)生裂紋(以下簡稱終端裂紋 )。對(duì)此問題已有不少人進(jìn)行了研究 ,認(rèn)為產(chǎn)生終端裂紋的主要原因是當(dāng)焊接電弧接近縱焊縫終端時(shí) ,焊縫在沿軸向膨脹變形的同時(shí),還伴隨有垂直軸向方向的橫向張開變形 ;而筒體在卷制及制作裝配過程中也存在著冷作硬化應(yīng)力和組裝應(yīng)力 ;在焊接過程中 ,因終端定位焊縫及引弧板的拘束作用,在焊縫終端產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力;當(dāng)電弧移動(dòng)到終端定位焊縫和引弧板上時(shí),由于該部位受熱膨脹變形,使焊縫終端的橫向拉伸應(yīng)力得到松弛,拘束力減小 ,便使焊縫終端剛剛凝固的焊縫金屬受到

2、較大的拉應(yīng)力而形成終端裂紋。根據(jù)上述原因分析提出了兩項(xiàng)解決的對(duì)策 :一是增加引弧板的寬度以增加其拘束力 ;二是采用開槽的彈性拘束引弧板。但是我們?cè)趯?shí)踐中采取上述對(duì)策后 ,問題還是沒有得到有效解決 :如雖然采用了彈性拘束引弧板 ,但仍然會(huì)產(chǎn)生縱焊縫的終端裂紋 ,且在焊接厚度較小 ,鋼性較小而經(jīng)強(qiáng)制裝配的筒體時(shí)也常有終端裂紋發(fā)生等 ;然而 ,當(dāng)在筒體縱焊縫的延長部位帶有產(chǎn)品試板時(shí) ,雖然定位焊等情況與未帶產(chǎn)品試板時(shí)相同,卻很少產(chǎn)生縱縫產(chǎn)生終端裂紋。 經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和分析 ,我們認(rèn)為縱縫終端裂紋的產(chǎn)生 ,雖然與終端焊縫處不可避免地存在著較大的拉伸應(yīng)力有關(guān) ,同時(shí)還與其他幾個(gè)極為重要的原因有關(guān)。二、終端

3、級(jí)故產(chǎn)生的旅因分析1. 終端焊縫部位溫度場(chǎng)的變化埋弧焊焊接時(shí) ,當(dāng)焊接熱源靠近縱焊縫的終端部位時(shí),焊縫端部正常的溫度場(chǎng)將發(fā)生變化 ,越靠近終端其變化越大。因?yàn)橐“宓某叽邕h(yuǎn)比筒體小 ,其熱容量也小得多,而引弧板與筒體之間只靠定位焊連接,故可視為大部分不連續(xù)。所以終端焊縫部位的傳熱條件是很差的,致使該部位局部溫度升高 ,熔池形狀發(fā)生變化 ,熔深也將隨之變大 ,同時(shí)熔池在高溫下停留的時(shí)間也變長 ,熔池凝固的速度變慢 ,尤其當(dāng)引弧板尺寸過小 ,引弧板與筒體之間的定位焊縫過短、過薄時(shí)更為顯著。2.焊接熱輸入量的影晌由于埋弧焊所采用的焊接熱輸人量往往比其他焊接方法要大得多,因而熔深大 ,熔敷金屬量大 ,

4、且有焊劑層的覆蓋 ,所以熔池大 ,熔池凝固的速度和焊縫冷卻速度都比其他焊接方法要慢,致使晶粒較粗大 ,偏析較嚴(yán)重 ,這些都為熱裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了極為有利的條件。另外,且焊縫的橫向收縮量遠(yuǎn)比間隙的張開量要小,使終端部位的橫向拉伸力比其他焊接方法要大。這對(duì)開坡口的中厚板和不開坡口的較薄板尤為顯著。3. 其他情況如存在強(qiáng)制裝配 ,裝配質(zhì)量不符合要求 ,母材中的S、P 等雜質(zhì)的含量偏高及偏析 ,也都會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。三、終端裂紋的性質(zhì)終端裂紋按其性質(zhì)屬于熱裂紋,而熱裂紋按其形成的階段又可分為結(jié)晶裂紋和亞固相裂紋。雖然終端裂紋形成的部位有時(shí)為終端、有時(shí)為距終端附近地區(qū) 105 m m 范圍內(nèi) ,有時(shí)為表面

5、裂紋 ,有時(shí)為內(nèi)部裂紋 ,而大多數(shù)情況是發(fā)生在終端附近的內(nèi)部裂紋。由此可見,終端裂紋的性質(zhì)基本上屬于亞固相裂紋,也即在焊縫終端尚處于液態(tài)時(shí),在靠近終端附近的熔池雖已凝固 ,但仍處于稍低于固相線以下的高溫零強(qiáng)度狀態(tài),在終端復(fù)雜的焊接應(yīng)力 (主要為拉伸應(yīng)力 )的作用下產(chǎn)生裂紋,而靠近表面的焊縫表層因易于散熱,溫度相對(duì)較低 ,并已具有一定強(qiáng)度且塑性極好,故終端裂紋往往存在于焊縫內(nèi)部而不能用肉眼發(fā)現(xiàn)。四、預(yù)防措施從上述終端裂紋產(chǎn)生原因分析可見,要克服埋弧焊縱縫終端裂紋最重要的措施是 :1.適當(dāng)?shù)丶哟笠“宓某叽缛藗兺鶎?duì)引弧板的重要性認(rèn)識(shí)不足,認(rèn)為引弧板的作用只不過是將收弧時(shí)的弧坑引到焊件外而已,有時(shí)

6、隨便找一段鋼板往筒體上一點(diǎn)焊就完事。也有的為了節(jié)約鋼材將引弧板做得很小,成為名副其實(shí)的 “引弧板 ”,這些做法是非常錯(cuò)誤的。引弧板有四大作用:(l)將引弧時(shí)的焊縫斷部和收弧時(shí)的弧坑引到焊件外。(2)加強(qiáng)縱縫終端部位的拘束度,承受終端部位產(chǎn)生的較大的拉伸應(yīng)力。(3)改善終端部位的溫度場(chǎng),有利于導(dǎo)熱 ,不使終端部位的溫度過高。(4)改善終端部位的磁場(chǎng)分布,減小磁偏吹的程度。 為達(dá)到上述四個(gè)目的 ,引弧板必須有足夠的尺寸,厚度宜與焊件相同,尺寸應(yīng)視焊件的大小及鋼板的厚度而定。對(duì)于一般的壓力容器,建議其長度和寬度最好不小于14om m。2.重視引弧板的裝配及定位焊引弧板與筒體之間的定位焊必須有足夠的長

7、度和厚度 ,一般來說定位焊縫的長度和厚度以不小于引弧板寬度和厚度的 80%為宜 ,且要求為連續(xù)焊,不能簡單地 “點(diǎn)”焊,在縱縫兩側(cè) ,對(duì)中厚板 ,應(yīng)保證有足夠的焊縫厚度 , 必要時(shí)應(yīng)開一定的坡口。3.重視筒體終端部位的定位焊在筒體卷圓后定位焊時(shí) ,為進(jìn)一步增加縱縫端部位的拘束度 ,在縱縫終端部位的定位焊縫長度應(yīng)不小于 100mm,并應(yīng)有足夠的焊縫厚度 ,且不得有裂紋、未熔合等缺陷。4.嚴(yán)格控制焊接熱輸入量壓力容器焊接過程中必須嚴(yán)格控制焊接熱輸入量,這不僅是為了確保焊接接頭力學(xué)性能的需要,而且對(duì)防止裂紋的產(chǎn)生有著十分重要的作用。埋弧焊焊接電流的大小對(duì)終端裂紋的敏感性有很大的影響,因?yàn)楹附与娏鞯拇笮≈苯优c溫度場(chǎng)和焊接熱輸人量相關(guān)。5.嚴(yán)格控制熔池形狀及焊縫成形系數(shù)埋弧焊焊縫熔池形狀及成形系數(shù)與產(chǎn)生焊接裂紋的敏感性有著密切的關(guān)系 ,因此 ,還應(yīng)嚴(yán)格控制熔池的大小、形狀及焊縫的成形系數(shù)。五、結(jié)語埋弧焊焊接筒體縱縫時(shí)產(chǎn)生縱縫終端裂紋是極為常見的,多年來一直沒有得到很好的解決。通過試驗(yàn)與分析,