球罐焊接裂紋的產(chǎn)生機理與預(yù)防措施

1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的原因

焊接冷裂紋在焊后較低的溫度下形成。由于這種裂紋形成與氫有關(guān)，且有延遲開裂的特點，因此又稱之為焊接氫致裂紋或延遲裂紋。

產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個必要條件：

（1）氫。氫的主要來源是焊材中的水分和焊接區(qū)域中的油污、鐵銹、水以及大氣中的水汽等。這些水、鐵銹或有機物經(jīng)焊接電弧的高溫?zé)嶙饔梅纸獬蓺湓佣M(jìn)入焊接熔池中。在焊接過程中氫除向大氣中擴散外，余下的在焊縫中呈過飽和狀態(tài)，即在焊縫中存在著擴散氫。根據(jù)氫脆理論，這種擴散氫將向應(yīng)變集中區(qū)（如微裂紋或缺口尖端附近）擴散，當(dāng)該區(qū)的氫濃度達(dá)到某一臨界值時，裂紋便繼續(xù)擴展。

（2）應(yīng)力。依據(jù)目前國內(nèi)及國際的施工水平，在球罐的組裝過程中總會存在或多或少的強力組對，所以在組裝完成后便存在著內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力在焊后整體熱處理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一個局部加熱過程，在焊接過程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變的循環(huán)，因此球罐焊接后必然存在殘余應(yīng)力。

（3）組織。焊接熱影響區(qū)組織中過硬的馬氏體含量越多越容易產(chǎn)生冷裂紋。

3、防止產(chǎn)生焊接冷裂紋的措施

（1）盡量選用對冷裂紋不敏感的材料選用內(nèi)在質(zhì)量好的母材。即選用碳當(dāng)量低的優(yōu)質(zhì)鋼材，尤其是避免母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必須對板材進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波檢查，對有嚴(yán)重夾層等缺陷的鋼材不得使用。

（2）盡量減少氫的來源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊條，必要時要采用超低氫型的焊條；第二，焊條使用前一定要按產(chǎn)品使用說明進(jìn)行烘干，并貯存在100～150℃的恒溫箱中，在使用時放入保溫筒內(nèi)并隨用隨取，在保溫筒內(nèi)存放時間不得超過4h，否則要按原烘干溫度重新烘干，重復(fù)烘干不得超過兩次；第三，要徹底去除焊接坡口表面及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、水分，、鐵銹及其他雜物；第四，不在雨雪天及空氣相對濕度大于90%時施焊；第五，采取有效的防風(fēng)措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離保護。

（3）選用適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度降低了焊縫冷卻速度，可使氫更易從焊縫熔池向大氣中擴散，減少了焊縫中擴散氫含量，并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度和焊縫的冷卻速度，盡量減少馬氏體的含量，減小溫差應(yīng)力。預(yù)熱溫度應(yīng)通過工藝評定來確定，預(yù)熱范圍一般為坡口兩側(cè)三倍球殼板厚度且不小于100mm。當(dāng)環(huán)境溫度低時還應(yīng)增大預(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。對縱縫應(yīng)整條焊縫同時預(yù)熱，不能分段預(yù)熱。

（4）選用適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟群秃鬅釙r間。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫中擴散氫會逐漸積累。因此焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱，使擴散氫有充分的時間溢出，同時還可以降低焊縫中的殘余應(yīng)力，減少冷裂紋產(chǎn)生的機率。

（5）焊接過程中保持適當(dāng)?shù)膶娱g溫度，適當(dāng)?shù)膶娱g溫度也能延緩焊縫的冷卻時間，起到一定的去氫和降低殘余應(yīng)力的作用，層間溫度不得低于預(yù)熱溫度下限值。

（6）采用合適的線能量。若焊接線能量過小，焊縫熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，再加上擴散氫的作用，焊縫容易產(chǎn)生冷裂紋；若線能量過大又會使焊縫熱影響區(qū)的軟化區(qū)寬度增加，使焊縫缺口的韌性降低，球罐整體的機械性能下降。

（7）防止強力組對。在球罐組對過程中選用合適的工藝和組裝機具，盡量避免強力組對。強力組對將使球罐在焊接前就存在強大的附加內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在焊后也不可能完全消除。

（8）減小錯邊和角變形。在錯邊和角變形存在的部位，曲率發(fā)生了突變，所以焊后將會存在強大的殘余內(nèi)應(yīng)力。

（9）采用合理的焊接順序。當(dāng)采用合理的順序焊接時，整臺球罐將同時對稱地收縮或膨脹，這樣能控制焊接變形，減小焊接殘余應(yīng)力。球罐焊接應(yīng)遵循先縱縫后環(huán)縫，先大坡口后小坡口，先赤道后溫帶最后極帶的原則，而且焊工應(yīng)對稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要采用分段退焊法，分段長度為600～700mm。

（10）避免工藝缺陷的產(chǎn)生。咬邊、未焊透、長條狀夾渣等工藝缺陷部位是應(yīng)力集中區(qū)，這些部位容易產(chǎn)生冷裂紋。

（11）確保封底焊縫的質(zhì)量，封底焊縫要自上而下焊接，不能采用擺動、挑弧、滅弧的施焊方法。