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球罐焊接裂紋的產(chǎn)生機理與預防措施

2018-09-01 16:18:00
陸啟蒙
原創(chuàng)
6476
  1. 1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的原因

  2. 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,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。

  3. 產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個必要條件:

  4. (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)焊接電弧的高溫熱作用分解成氫原子而進入焊接熔池中。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,這種擴散氫將向應變集中區(qū)(如微裂紋或缺口尖端附近)擴散,當該區(qū)的氫濃度達到某一臨界值時,裂紋便繼續(xù)擴展。

  5. (2)應力。依據(jù)目前國內及國際的施工水平,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應力,這種應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)生應力與應變的循環(huán),因此球罐焊接后必然存在殘余應力。

  6. (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。

  7. 3、防止產(chǎn)生焊接冷裂紋的措施

  8. (1)盡量選用對冷裂紋不敏感的材料選用內在質量好的母材。即選用碳當量低的優(yōu)質鋼材,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行嚴格的超聲波檢查,對有嚴重夾層等缺陷的鋼材不得使用。

  9. (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)品使用說明進行烘干,并貯存在100~150℃的恒溫箱中,在使用時放入保溫筒內并隨用隨取,在保溫筒內存放時間不得超過4h,否則要按原烘干溫度重新烘干,重復烘干不得超過兩次;第三,要徹底去除焊接坡口表面及坡口兩側20mm范圍內的油污、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,采取有效的防風措施,以防止吹弧,使焊接熔池得到有效的隔離保護。

  10. (3)選用適當?shù)暮盖邦A熱溫度和預熱范圍。適當?shù)念A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,減小溫差應力。預熱溫度應通過工藝評定來確定,預熱范圍一般為坡口兩側三倍球殼板厚度且不小于100mm。當環(huán)境溫度低時還應增大預熱溫度和預熱范圍。對縱縫應整條焊縫同時預熱,不能分段預熱。

  11. (4)選用適當?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。因此焊后應立即進行后熱,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力,減少冷裂紋產(chǎn)生的機率。

  12. (5)焊接過程中保持適當?shù)膶娱g溫度,適當?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力的作用,層間溫度不得低于預熱溫度下限值。

  13. (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。

  14. (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應力,這種內應力在焊后也不可能完全消除。

  15. (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應力。

  16. (9)采用合理的焊接順序。當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,減小焊接殘余應力。球罐焊接應遵循先縱縫后環(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。

  17. (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力集中區(qū),這些部位容易產(chǎn)生冷裂紋。

  18. (11)確保封底焊縫的質量,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。


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