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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，当采纳埋弧焊焊接筒体纵焊缝时，常常会在纵 焊缝的端部或靠近端部处产生裂纹（简称终端裂纹）。对此问题已有不 少人进行了研讨，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
2、大的拉应力 而形成终端裂纹。依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；二是采纳开槽的弹性拘束引弧板。但是 我们在实践中实行上述对策后，问题还是没有得到有效解决：如虽然采 纳了弹性拘束引弧板，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。经过反复实验和分 析，我们认为纵缝终端裂纹的产生，虽然与终端焊缝处不行防止地存在 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
3、因分析1 .终端焊缝部位温度场的改变埋弧焊焊接时，当焊接热源靠近纵焊缝的终端部位时，焊缝端部正 常的温度场将发生改变，越靠近终端其改变越大。由于引弧板的尺寸远 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联结， 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 该部位局部温度上升，熔池外形发生改变，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纳的焊接热输人量往往比其他焊接方法要大得多, 因此熔深大，熔敷金属量大，且有焊剂层的掩盖，
4、所以熔池大，熔池凝 固的速度和焊缝冷却速度都比其他焊接方法要慢，致使晶粒较粗大，偏 析较严峻，这些都为热裂纹的产生制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105mm范围内，有时为外表裂纹，有时为内部裂纹， 而大
5、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 质根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, 在终端冗杂的焊接应力（主要为拉伸应力）的作用下产生裂纹，而靠近 外表的焊缝表层因易于散热，温度相对较低，并已具有肯定强度且塑性 极好，故终端裂纹往往存在于焊缝内部而不能用肉眼发现。四、预防措施从上述终端裂纹产生原因分析可见，要克服埋弧焊纵缝终端裂纹 最重要的措施是：1 .恰当地加大引弧板的尺寸人们往往对引弧板的重要性认识缺乏，认为引弧板的作用只不过 是将收弧时的弧坑引到焊件外而已，有时随便找一段钢板往筒体上一
6、点焊就完事。也有的为了节约钢材将引弧板做得很小，成为名副其实的 “引弧板”，这些做法是非常错误的。引弧板有四大作用：(1)将引弧时的焊缝断部和收弧时的弧坑引到焊件外。(2)强化纵缝终端部位的拘束度，承受终端部位产生的较大的拉 伸应力。(3)改善终端部位的温度场，有利于导热，不使终端部位的温度 过高。(4)改善终端部位的磁场分布，减小磁偏吹的程度。为到达上述 四个目的，引弧板必需有充足的尺寸，厚度宜与焊件相同，尺寸应视焊 件的大小及钢板的厚度而定。对于一般的压力容器，建议其长度和宽度 最好不小于14omm。2 .重视引弧板的装配及定位焊引弧板与筒体之间的定位焊必需有充足的长度和厚度，一般来说 定
7、位焊缝的长度和厚度以不小于引弧板宽度和厚度的80%为宜，且要 求为连续焊，不能简洁地“点”焊，在纵缝两侧，对中厚板，应保证有充 足的焊缝厚度，必要时应开肯定的坡口。3 .重视筒体终端部位的定位焊在筒体卷圆后定位焊时，为进一步增加纵缝端部位的拘束度，在纵 缝终端部位的定位焊缝长度应不小于XXXmm,并应有充足的焊缝厚 度，且不得有裂纹、未熔合等缺陷。4 .严格掌握焊接热输入量压力容器焊接过程中必需严格掌握焊接热输入量，这不仅是为了 确保焊接接头力学性能的需要，而且对防止裂纹的产生有着非常重要 的作用。埋弧焊焊接电流的大小对终端裂纹的敏感性有很大的影响，由 于焊接电流的大小直接与温度场和焊接热输人量相关。5 .严格掌握熔池外形及焊缝成形系数埋弧焊焊缝熔池外形及成形系数与产生焊接裂纹的敏感性有着亲 密的关系，因此，还应严格掌握熔池的大小、外形及焊缝的成形系数。五、结语埋弧焊焊接筒体纵缝时产生纵缝终端裂纹是极为常见的，多年来 始终没有得到很好的解决。通过实验与分析，埋弧焊纵缝终端裂纹产生 的主要原因是由于该部位存在着较大的拉伸应力和特别的温度场，二 者共同作用的结果。实践证明：采纳恰当地加大引弧板的尺寸，强化定位焊的质量掌握, 严格掌握焊接热输入量及焊缝的外形等措施，能有效地防止埋弧焊终 端裂纹的产生。