淺談厚板焊接工藝

引言：焊接是壓力容器焊接過程中一道重要工序， 厚板焊接裂紋傾向較大，焊接裂紋不僅給生產(chǎn)帶來許多麻煩， 而且也可能帶來災(zāi)難性的事故，造成巨大的損失。因此必須重視壓力容器的焊接裂紋，否則損失不可估量。

一、名詞解釋：

1、結(jié)晶裂紋
結(jié)晶裂紋是熱裂紋的一種表現(xiàn)形態(tài)，它是焊縫金屬在結(jié)晶過程中處于固相線附近的溫度范圍內(nèi)， 由于凝固金屬的收縮， 而此時殘余的液相又不充足，在承受拉伸應(yīng)力時，就會造成沿晶界的開裂。

1.1、 結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)理結(jié)晶裂紋是沿焊縫樹枝狀交界處發(fā)生和發(fā)展的， 因此焊縫結(jié)晶過程中的晶界是薄弱環(huán)節(jié)。 因?yàn)樵诤缚p結(jié)晶過程中， 先結(jié)晶的金屬比較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)較多。焊縫中的雜質(zhì)富集在晶粒的周界，而

2且它們的熔點(diǎn)都較低，在鋼中易形成低熔點(diǎn)共晶，如 FeS一Fe(熔點(diǎn)98890) ,P ,Si 也易在鋼中形成低熔點(diǎn)共晶。這些低熔點(diǎn)共晶在焊縫金屬的結(jié)晶過程中，被排擠到晶粒的交界處，而形成晶粒之間的“液態(tài)薄膜”，由于先凝固的焊縫的金屬收縮而使后冷卻的焊縫中心區(qū)域受到了一定的拉伸內(nèi)應(yīng)力， 這時焊縫中的液態(tài)薄膜就會被拉伸而形成結(jié)晶裂紋。因此，液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的根本原因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件之一。

二、 影響因素

1、 坡口形式
坡口形式不同，使每種接頭的散熱條件、結(jié)晶特點(diǎn)也不同，最終反應(yīng)在接頭上， 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向也不一樣。 對于熔深較淺的對接接頭，其焊縫抗裂性比較好;熔深大的對接接頭和各種角接頭 (包括搭接頭、丁字接頭和外角接頭焊縫等 )， 其抗裂性就較差。因?yàn)?這 些 焊縫所受的應(yīng)力剛好作用在焊縫的結(jié)晶面上， 由于這個面上晶粒之間的聯(lián)系比較弱，又是聚積雜質(zhì)的地方，所以易產(chǎn)生裂紋。

2、 焊接工藝
適當(dāng)提高預(yù)熱溫度和適當(dāng)增加線能量， 就可減小變形， 從而降低結(jié)晶裂紋的傾向。 同樣的焊接方法和焊接工藝材料， 由于焊接順序不當(dāng)，也會產(chǎn)生較大的結(jié)晶裂紋的傾向， 所以合理安排焊接順序的原則，就是盡量使大多數(shù)焊縫能夠在比較小的剛度下焊接， 也就是使每條焊縫都有收縮的可能性， 在設(shè)計焊縫結(jié)構(gòu)時， 就應(yīng)該考慮減小接頭的剛度或拘束度。

三、案例分析
結(jié)合以上兩點(diǎn)因素以及結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)理對焊接裂紋的產(chǎn)生進(jìn)行圖示分析如下：

如上圖所示焊縫金屬結(jié)晶收縮需拉動焊縫金屬兩側(cè)母材， 即焊接變形的產(chǎn)生機(jī)理， 可是由于厚板的鋼性較大， 焊縫金屬結(jié)晶產(chǎn)生的拉應(yīng)力并不足以使母材變形， 如焊縫中心即整個焊縫的最薄弱區(qū)域與坡口中心即應(yīng)力線重合， 該焊縫在結(jié)晶應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋， 隨著板材厚度的增加， 產(chǎn)生裂紋的傾向就越大。 如果兩端或一端母材收到約束（比如：壓力容器的封頭與圓筒，封頭一端相當(dāng)于鋼性固定，所以封頭與圓筒的焊接裂紋傾向在板厚相同的情況下要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱環(huán)焊縫的焊接 ），鋼性的阻礙焊接變形，亦會增加裂紋傾向。

綜上所述， 為了避免裂紋的產(chǎn)生應(yīng)從減小結(jié)晶應(yīng)力、 避免焊縫薄弱區(qū)與應(yīng)力線重合、減小背面焊縫應(yīng)力等幾個方面制定工藝規(guī)范：

1、 預(yù)熱方法：

采用火焰加熱，加熱時應(yīng)力求均勻，預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)至少42t，且加日寬度不小于 100mm ，測溫點(diǎn)應(yīng)在離電弧經(jīng)過前的焊接點(diǎn)各方向不小于 75mm處；預(yù)熱溫度在焊件反面測量。

2、 接頭形式

3、 焊接順序

4、 焊接規(guī)范

采用如上述方法，在實(shí)際生產(chǎn)過程中很好的避免了結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，這里聲明此種工藝方法僅僅適用于 30±5mm， 低合金鋼板（Q345R ）級別以下的常規(guī)板材的焊接 （不包括低溫板、 不銹鋼或其他特殊材料等），對于這個范圍以外的還有待驗(yàn)證。