有效防止埋弧焊縱焊縫終端裂紋產生的措施

焊接技術weld 發佈 2022-08-11T20:36:34.166245+00:00

埋弧焊在壓力容器製造中,當採用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時,經常會在縱焊縫的端部或靠近端部處產生裂紋(以下簡稱終端裂紋)。

埋弧焊

在壓力容器製造中,當採用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時,經常會在縱焊縫的端部或靠近端部處產生裂紋(以下簡稱終端裂紋)。


對此已有不少人進行了研究,以為產生終端裂紋的主要原因是當焊接電弧接近縱焊縫終端時,焊縫在沿軸向膨脹變形的同時,還伴隨有垂直軸向方向的橫向張開變形;



而筒體在卷制及製作裝配過程中也存在著冷作硬化應力和組裝應力;在焊接過程中,因終端定位焊縫及引弧板的拘束作用,在焊縫終端產生較大的拉伸應力;


當電弧移動到終端定位焊縫和引弧板上時,由於該部位受熱膨脹變形,使焊縫終端的橫向拉伸應力得到鬆弛,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力而形成終端裂紋。


根據上述原因分析提出了兩項解決的對策:


一是增加引弧板的寬度以增加其拘束力;


二是採用開槽的彈性拘束引弧板。


但是在實踐中採取上述對策後,問題並沒有得到有效解決:


如固然採用了彈性拘束引弧板,但仍然會產生縱焊縫的終端裂紋,且在焊接厚度較小,剛性較小而經強制裝配的筒體時也常有終端裂紋發生等;


然而,當在筒體縱焊縫的延長部位帶有產品試板時,固然定位焊等情況與未帶產品試板時相同,卻很少產生縱縫產生終端裂紋。


經過反覆試驗和分析,發現縱縫終端裂紋的產生固然與終端焊縫處不可避免地存在著較大的拉伸應力有關,同時還與其他幾個極為重要的原因有關。



一、終端裂紋產生的原因分析


1. 終端焊縫部位溫度場的變化


弧焊焊接時,當焊接熱源靠近縱焊縫的終端部位時,焊縫端部正常的溫度場將發生變化,越靠近終端其變化越大。


由於引弧板的尺寸遠比筒體小,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。


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,熔池外形發生變化,熔深也將隨之變大,同時熔池在高溫下停留的時間也變長,熔池凝固的速度變慢,尤其當引弧板尺寸過小,引弧板與筒體之間的定位焊縫過短、過薄時更為明顯。


2. 焊接熱輸進量的影響


由於埋弧焊所採用的焊接熱輸進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,偏析較嚴重,這些都為熱裂紋的產生創造了極為有利的條件。


另外,且焊縫的橫向收縮量遠比間隙的張開量要小,使終端部位的橫向拉伸力比其他焊接方法要大。這對開坡口的中厚板和不開坡口的較薄板尤為明顯。


3. 其他情況

如存在強制裝配,裝配質量不符合要求,母材中的S 、P 等雜質的含量偏高及偏析,也都會導致裂紋的產生。


二、終端裂紋的性質


終端裂紋按其性質屬於熱裂紋,而熱裂紋按其形成的階段又可分為結晶裂紋和亞固相裂紋。固然終端裂紋形成的部位有時為終端、有時為距終端四周地區150mm範圍內,有時為表面裂紋,有時為內部裂紋,而大多數情況是發生在終端四周的內部裂紋。


由此可見,終端裂紋的性質基本上屬於亞固相裂紋,也即在焊縫終端尚處於液態時,在靠近終端四周的熔池雖已凝固,但仍處於稍低於固相線以下的高溫零強度狀態,在終端複雜的焊接應力( 主要為拉伸應力) 的作用下產生裂紋,


而靠近表面的焊縫表層因易於散熱,溫度相對較低,並已具有一定強度且塑性極好,故終端裂紋往往存在於焊縫內部而不能用肉眼發現。


三、預防終端裂紋產生的措施


從上述終端裂紋產生原因分析可見,要克服埋弧焊縱縫終端裂紋最重要的措施是:


1. 適當地加大引弧板的尺寸


人們往往對引弧板的重要性熟悉不足,以為引弧板的作用只不過是將收弧時的弧坑引到焊件外而已,有時隨便找一段鋼板往筒體上一點焊就完事。也有的為了節約鋼材將引弧板做得很小,成為名副其實的「引弧板」,這些做法是非常錯誤的。引弧板有四大作用:


(1)將引弧時的焊縫斷部和收弧時的弧坑引到焊件外。


(2)加強縱縫終端部位的拘束度,承受終端部位產生的較大的拉伸應力。


(3)改善終端部位的溫度場,有利於導熱,不使終端部位的溫度過高。


(4)改善終端部位的磁場分布,減小磁偏吹的程度。


為達到上述四個目的,引弧板必須有足夠的尺寸,厚度宜與焊件相同,尺寸應視焊件的大小及鋼板的厚度而定。對於一般的壓力容器,建議其長度和寬度最好不小於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度和厚度,一般來說定位焊縫的長度和厚度以不小於引弧板寬度和厚度的80% 為宜,且要求為連續焊,不能簡單地「點」焊,在縱縫兩側,對中厚板應保證有足夠的焊縫厚度,必要時應開一定的坡口。


3. 重視筒體終端部位的定位焊

在筒體卷圓後定位焊時,為進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度應不小於100mm,並應有足夠的焊縫厚度,且不得有裂紋、未熔合等缺陷。


4. 嚴格控制焊接熱輸進量

壓力容器焊接過程中必須嚴格控制焊接熱輸進量,這不僅是為了確保焊接接頭力學性能的需要,而且對防止裂紋的產生有著十分重要的作用。埋弧焊焊接電流的大小對終端裂紋的敏感性有很大的影響,由於焊接電流的大小直接與溫度場和焊接熱輸進量相關。


5. 嚴格控制熔池外形及焊縫成形係數

埋弧焊焊縫熔池外形及成形係數與產生焊接裂紋的敏感性有著密切的關係,因此,還應嚴格控制熔池的大小、外形及焊縫的成形係數。


四、結語


埋弧焊焊接筒體縱縫時產生縱縫終端裂紋是極為常見的,多年來一直沒有得到很好的解決。通過試驗與分析,埋弧焊縱縫終端裂紋產生的主要原因是由於該部位存在著較大的拉伸應力和特殊的溫度場,二者共同作用的結果。


實踐證實:採用適當地加大引弧板的尺寸,加強定位焊的質量控制,嚴格控制焊接熱輸進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生。

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