有效防止埋弧焊縱焊縫終端裂紋產(chǎn)生的措施

埋弧焊

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(jiǎn)稱(chēng)終端裂紋)。

對(duì)此已有不少人進(jìn)行了研究，以為產(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(kāi)變形；

而筒體在卷制及制作裝配過(guò)程中也存在著冷作硬化應(yīng)力和組裝應(yīng)力；在焊接過(guò)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(kāi)槽的彈性拘束引弧板。

但是在實(shí)踐中采取上述對(duì)策后，問(wèn)題并沒(méi)有得到有效解決：

如固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，剛性較小而經(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(zhǎng)部位帶有產(chǎn)品試板時(shí)，固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(guò)反復(fù)試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)縱縫終端裂紋的產(chǎn)生固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)。

一、終端裂紋產(chǎn)生的原因分析

1. 終端焊縫部位溫度場(chǎng)的變化

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。

由于引弧板的尺寸遠(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，熔池外形發(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(zhǎng)，熔池凝固的速度變慢，尤其當(dāng)引弧板尺寸過(guò)小，引弧板與筒體之間的定位焊縫過(guò)短、過(guò)薄時(shí)更為明顯。

2. 焊接熱輸進(jìn)量的影響

由于埋弧焊所采用的焊接熱輸進(jìn)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，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(kāi)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(kāi)坡口的中厚板和不開(kāi)坡口的較薄板尤為明顯。

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。

二、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。固然終端裂紋形成的部位有時(shí)為終端、有時(shí)為距終端四周地區(qū)150mm范圍內(nèi)，有時(shí)為表面裂紋，有時(shí)為內(nèi)部裂紋，而大多數(shù)情況是發(fā)生在終端四周的內(nèi)部裂紋。

由此可見(jiàn)，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)，在靠近終端四周的熔池雖已凝固，但仍處于稍低于固相線(xiàn)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)。

三、預(yù)防終端裂紋產(chǎn)生的措施

從上述終端裂紋產(chǎn)生原因分析可見(jiàn)，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�弧板的尺�?/span>

人們往往對(duì)引弧板的重要性熟悉不足，以為引弧板的作用只不過(guò)是將收弧時(shí)的弧坑引到焊件外而已，有時(shí)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：

（1）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(guò)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(zhǎng)度和寬度最好不小于140mm。

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(zhǎng)度和厚度，一般來(lái)說(shuō)定位焊縫的長(zhǎng)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(jiǎn)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(kāi)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(zhǎng)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)格控制焊接熱輸進(jìn)量

壓力容器焊接過(guò)程中必須嚴(yán)格控制焊接熱輸進(jìn)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，由于焊接電流的大小直接與溫度場(chǎng)和焊接熱輸進(jìn)量相關(guān)。

5. 嚴(yán)格控制熔池外形及焊縫成形系數(shù)

埋弧焊焊縫熔池外形及成形系數(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、外形及焊縫的成形系數(shù)。

四、結(jié)語(yǔ)

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(jiàn)的，多年來(lái)一直沒(méi)有得到很好的解決。通過(guò)試驗(yàn)與分析，埋弧焊縱縫終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于該部位存在著較大的拉伸應(yīng)力和特殊的溫度場(chǎng)，二者共同作用的結(jié)果。

實(shí)踐證實(shí)：采用適當(dāng)?shù)丶哟笠�弧板的尺寸，加�?qiáng)定位焊的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制焊接熱輸進(jìn)量及焊縫的外形等措施，能有效地防止埋弧焊終端裂紋的產(chǎn)生。