陳忠兵——P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋及其特征

1、P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋及其特征Hot Cracking and its Characteristics of SMAW Weld Metal of P92 Steel蘇州熱工研究院有限公司 陳忠兵博士2013-09-03摘 要摘 要：采用工程試樣和實(shí)驗(yàn)室試樣，通過缺陷形貌觀察和缺陷斷面上合金元素能譜分析，研究P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬中短小形缺陷的性質(zhì)及其特征。結(jié)果表明，兩種試樣缺陷斷面上均觀察到方向性一致的樹枝晶和自由凝固結(jié)晶晶胞，實(shí)驗(yàn)室試樣還觀察到缺陷產(chǎn)生于高溫下，據(jù)此可確定該缺陷為焊接熱裂紋且為結(jié)晶裂紋。該裂紋位于焊道收弧處；在焊縫不同深度呈現(xiàn)星形狀或線狀不同形貌；裂紋面上未觀

2、察到S、P、B的顯著偏析，但發(fā)現(xiàn)W、Cr、Si、V等元素偏析；隨著焊層厚度增加和焊縫金屬高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，焊縫熱裂紋傾向增大；超聲檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)與定位該缺陷困難，易致缺陷漏判或誤判。W、Cr、Si、V等元素的偏析可能影響最后結(jié)晶區(qū)域的結(jié)晶模式與結(jié)晶組織，從而影響熱裂紋的形成。關(guān)鍵詞：P92鋼；焊接性；結(jié)晶裂紋；熱裂紋；自由結(jié)晶面；元素偏析11 本文擬回答3個(gè)問題2缺陷性質(zhì) 裂紋？夾渣？未熔合？特征產(chǎn)生原因P92鋼埋弧焊焊縫（1000MW鍋爐過熱器出口聯(lián)箱）P92鋼焊條電弧焊焊縫（1000MW機(jī)組主汽）2 工程試樣獲取與實(shí)驗(yàn)室試樣制備3工程試樣工程試樣實(shí)驗(yàn)室試樣實(shí)驗(yàn)室試樣3.1工程試樣43 缺陷形貌

3、觀察與缺陷性質(zhì)分析3.2 實(shí)驗(yàn)室試樣53 缺陷形貌觀察與缺陷性質(zhì)分析 3.3 缺陷性質(zhì)判斷1： 熱裂紋；結(jié)晶裂紋 確定性判據(jù)： 工程試樣：結(jié)晶晶胞(“土豆”)； 實(shí)驗(yàn)室試樣：結(jié)晶晶胞(“土豆”)； 產(chǎn)生于高溫下。63 缺陷形貌觀察與缺陷性質(zhì)分析 3.3 缺陷性質(zhì)判斷2： 不是夾渣與未熔合, 但裂紋中存在焊渣或氧化層。 73 缺陷形貌觀察與缺陷性質(zhì)分析 主要元素成分(wt)：O 7.83%，Si 0.097%，Cr 8.35%，余Fe。Cr、Fe的氧化層主要元素成分(wt)：O 27.57%，Si 7.12%，Ca 24.74%，Ti 8.96%，V 0.65%，Cr 8.47%，Mn 5.71

4、%，余Fe。焊渣4.1 裂紋位置與形貌特征1）深度分布廣泛。2）在焊縫不同深度，可以呈現(xiàn)不同形貌。 星形； 線狀。據(jù)其形狀與缺陷中間存在夾雜物判斷其為線狀?yuàn)A渣或未熔合是不可靠的。3）位于焊道收弧處。84 P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋特征 4.2 裂紋斷面上元素分布特征1）未發(fā)現(xiàn)S、P、B元素的顯著偏析。2）Si、V元素在裂紋區(qū)域存在偏析。3）裂紋區(qū)域富Cr貧W 。4）裂尖區(qū)域Mn、Si、V、Ca、Ti等脫氧元素和O含量顯著偏高。5）Cr和W影響結(jié)晶組織；Si和V形成低熔點(diǎn)共晶的元素。偏析影響最后結(jié)晶焊縫金屬的結(jié)晶組織與結(jié)晶模式，從而對(duì)熱裂紋的生成產(chǎn)生影響。對(duì)此還需更多研究。94 P92鋼焊

5、條電弧焊焊縫金屬熱裂紋特征 分成3個(gè)區(qū)域比較4.3 產(chǎn)生熱裂紋的焊接工藝特征1）焊層厚度。隨著焊層增厚，焊縫出現(xiàn)熱裂紋的傾向增加。2）高溫停留時(shí)間。焊縫收弧處高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，則焊縫出現(xiàn)熱裂紋的傾向增加。3）精確地評(píng)估焊接工藝的影響，還需要進(jìn)一步的定量研究。104 P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋特征 4.4 超聲檢測(cè)反射波特征1）缺陷反射波在探頭與焊縫成一定角度時(shí)最高，探頭輕微移動(dòng)，波幅即迅速降低，精確定位反射波最高點(diǎn)困難。2）反射波波形尖銳，根部干凈無雜波，波幅寬。3）左右移動(dòng)探頭時(shí)反射波呈現(xiàn)多個(gè)波峰，前后移動(dòng)探頭時(shí)反射波游動(dòng)范圍比較小。4）采用不同K值的探頭，同一缺陷的dB值相差較大。5）由于這些特點(diǎn)，缺陷在超聲波檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位困難，易致漏判或誤判。114 P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋特征 5.1 缺陷性質(zhì)：熱裂紋,結(jié)晶裂紋 確定性判據(jù)： 工程試樣：結(jié)晶晶胞(“土豆”)； 實(shí)驗(yàn)室試樣：結(jié)晶晶胞(“土豆”)； 產(chǎn)生于高溫下。據(jù)其形狀與缺陷中間存在夾雜物判斷其為線狀?yuàn)A渣或未熔合是不可靠的。125 結(jié)論 5.2 缺陷特征產(chǎn)生于高溫下，位于收弧處；在焊縫不同深度呈現(xiàn)星形狀或線狀不同形貌；裂紋中可能存在氧化層或焊渣；焊接工藝參數(shù)影響裂紋的形成；超聲檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位困難，易導(dǎo)致缺陷漏判或誤判。135 結(jié)論 5.3 產(chǎn)生原因Cr、W、Si、V等元素偏析；偏析影響最后結(jié)晶