陳忠兵-P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋及其特征

P92鋼焊條電弧焊焊縫金屬熱裂紋及其特征

HotCrackinganditsCharacteristicsofSMAWWeldMetalofP92Steel

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工程試樣實(shí)驗(yàn)室試樣3.1工程試樣43缺陷形貌觀察與缺陷性質(zhì)分析①②③⑤④⑥3.2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)：O7.83%，Si0.097%，Cr8.35%，余Fe。Cr、Fe的氧化層主要元素成分(wt)：O27.57%，Si7.12%，Ca24.74%，Ti8.96%，V0.65%，Cr8.47%，Mn5.71%，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。84P92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。94P92鋼焊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。104P92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。114P92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)晶區(qū)域的結(jié)晶模式與結(jié)晶組織，從而對(duì)熱裂紋的生成產(chǎn)生影響