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1、埋弧焊纵焊缝终端裂纹原因分析及预防措施 一、概述 在压力容器制造中,当采用埋弧焊焊接筒体纵焊缝时,经常会在纵焊缝的端部或靠近端部处产生裂纹(以下简称终端裂纹)。对此问题已有不少人进行了研究,认为产生终端裂纹的主要原因是当焊接电弧接近纵焊缝终端时,焊缝在沿轴向膨胀变形的同时,还伴随有垂直轴向方向的横向张开变形;而筒体在卷制及制作装配过程中也存在着冷作硬化应力和组装应力;在焊接过程中,因终端定位焊缝及引弧板的拘束作用,在焊缝终端产生较大的拉伸应力;当电弧移动到终端定位焊缝和引弧板上时,由于该部位受热膨胀变形,使焊缝终端的横向拉伸应力得到松弛,拘束力减小,便使焊缝终端刚刚凝固的焊缝金属受到较大的拉应
2、力而形成终端裂纹。 根据上述原因分析提出了两项解决的对策:一是增加引弧板的宽度以增加其拘束力;二是采用开槽的弹性拘束引弧板。但是我们在实践中采取上述对策后,问题还是没有得到有效解决:如虽然采用了弹性拘束引弧板,但仍然会产生纵焊缝的终端裂纹,且在焊接厚度较小,钢性较小而经强制装配的筒体时也常有终端裂纹发生等;然而,当在筒体纵焊缝的延长部位带有产品试板时,虽然定位焊等情况与未带产品试板时相同,却很少产生纵缝产生终端裂纹。经过反复试验和分析,我们认为纵缝终端裂纹的产生,虽然与终端焊缝处不可避免地存在着较大的拉伸应力有关,同时还与其他几个极为重要的原因有关。 二、终端级故产生的旅因分析 1. 终端焊缝
3、部位温度场的变化 埋弧焊焊接时,当焊接热源靠近纵焊缝的终端部位时,焊缝端部正常的温度场将发生变化,越靠近终端其变化越大。因为引弧板的尺寸远比筒体小,其热容量也小得多,而引弧板与筒体之间只靠定位焊连接,故可视为大部分不连续。所以终端焊缝部位的传热条件是很差的,致使该部位局部温度升高,熔池形状发生变化,熔深也将随之变大,同时熔池在高温下停留的时间也变长,熔池凝固的速度变慢,尤其当引弧板尺寸过小,引弧板与筒体之间的定位焊缝过短、过薄时更为显著。 2.焊接热输入量的影晌 由于埋弧焊所采用的焊接热输人量往往比其他焊接方法要大得多,因而熔深大,熔敷金属量大,且有焊剂层的覆盖,所以熔池大,熔池凝固的速度和焊
4、缝冷却速度都比其他焊接方法要慢,致使晶粒较粗大,偏析较严重,这些都为热裂纹的产生创造了极为有利的条件。另外,且焊缝的横向收缩量远比间隙的张开量要小,使终端部位的横向拉伸力比其他焊接方法要大。这对开坡口的中厚板和不开坡口的较薄板尤为显著。 3. 其他情况 如存在强制装配,装配质量不符合要求,母材中的S、P等杂质的含量偏高及偏析,也都会导致裂纹的产生。 三、终端裂纹的性质 终端裂纹按其性质属于热裂纹,而热裂纹按其形成的阶段又可分为结晶裂纹和亚固相裂纹。虽然终端裂纹形成的部位有时为终端、有时为距终端附近地区105 m m范围内,有时为表面裂纹,有时为内部裂纹,而大多数情况是发生在终端附近的内部裂纹。由此可见,终端裂纹的性质基本上属于亚固相裂纹,也即在焊缝终端尚处于液态时,在靠近终端附近的熔池虽已凝固,但仍处于稍低于固相线以下的高温零强度状态,在终端复杂的焊接应力(主要为拉伸应力)的作用下产生裂纹,而靠近表面的焊缝表层因易于散热,温度相对较低,并已具有一定强度且塑性极好,故终端裂纹往往存在于焊缝内部而不能用肉眼发现。