淺談厚板焊接工藝

引言：焊接是壓力容器焊接過程中一道重要工序， 厚板焊接裂紋傾向較大，焊接裂紋不僅給生產(chǎn)帶來許多麻煩， 而且也可能帶來災(zāi)難性的事故，造成巨大的損失。因此必須重視壓力容器的焊接裂紋，否則損失不可估量。

一、名詞解釋：

1、結(jié)晶裂紋
結(jié)晶裂紋是熱裂紋的一種表現(xiàn)形態(tài)，它是焊縫金屬在結(jié)晶過程中處于固相線附近的溫度范圍內(nèi)， 由于凝固金屬的收縮， 而此時殘余的液相又不充足，在承受拉伸應(yīng)力時，就會造成沿晶界的開裂。

1.1、 結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機理結(jié)晶裂紋是沿焊縫樹枝狀交界處發(fā)生和發(fā)展的， 因此焊縫結(jié)晶過程中的晶界是薄弱環(huán)節(jié)。 因為在焊縫結(jié)晶過程中， 先結(jié)晶的金屬比較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)較多。焊縫中的雜質(zhì)富集在晶粒的周界，而

2且它們的熔點都較低，在鋼中易形成低熔點共晶，如 FeS一Fe(熔點98890) ,P ,Si 也易在鋼中形成低熔點共晶。這些低熔點共晶在焊縫金屬的結(jié)晶過程中，被排擠到晶粒的交界處，而形成晶粒之間的“液態(tài)薄膜”，由于先凝固的焊縫的金屬收縮而使后冷卻的焊縫中心區(qū)域受到了一定的拉伸內(nèi)應(yīng)力， 這時焊縫中的液態(tài)薄膜就會被拉伸而形成結(jié)晶裂紋。因此，液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的根本原因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件之一。

二、 影響因素

1、 坡口形式
坡口形式不同，使每種接頭的散熱條件、結(jié)晶特點也不同，最終反應(yīng)在接頭上， 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向也不一樣。 對于熔深較淺的對接接頭，其焊縫抗裂性比較好;熔深大的對接接頭和各種角接頭 (包括搭接頭、丁字接頭和外角接頭焊縫等 )， 其抗裂性就較差。因為 這 些 焊縫所受的應(yīng)力剛好作用在焊縫的結(jié)晶面上， 由于這個面上晶粒之間的聯(lián)系比較弱，又是聚積雜質(zhì)的地方，所以易產(chǎn)生裂紋。

2、 焊接工藝
適當提高預(yù)熱溫度和適當增加線能量， 就可減小變形， 從而降低結(jié)晶裂紋的傾向。 同樣的焊接方法和焊接工藝材料， 由于焊接順序不當，也會產(chǎn)生較大的結(jié)晶裂紋的傾向， 所以合理安排焊接順序的原則，就是盡量使大多數(shù)焊縫能夠在比較小的剛度下焊接， 也就是使每條焊縫都有收縮的可能性， 在設(shè)計焊縫結(jié)構(gòu)時， 就應(yīng)該考慮減小接頭的剛度或拘束度。

三、案例分析
結(jié)合以上兩點因素以及結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機理對焊接裂紋的產(chǎn)生進行圖示分析如下：

如上圖所示焊縫金屬結(jié)晶收縮需拉動焊縫金屬兩側(cè)母材， 即焊接變形的產(chǎn)生機理， 可是由于厚板的鋼性較大， 焊縫金屬結(jié)晶產(chǎn)生的拉應(yīng)力并不足以使母材變形， 如焊縫中心即整個焊縫的最薄弱區(qū)域與坡口中心即應(yīng)力線重合， 該焊縫在結(jié)晶應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋， 隨著板材厚度的增加， 產(chǎn)生裂紋的傾向就越大。 如果兩端或一端母材收到約束（比如：壓力容器的封頭與圓筒，封頭一端相當于鋼性固定，所以封頭與圓筒的焊接裂紋傾向在板厚相同的情況下要遠遠大于縱環(huán)焊縫的焊接 ），鋼性的阻礙焊接變形，亦會增加裂紋傾向。

綜上所述， 為了避免裂紋的產(chǎn)生應(yīng)從減小結(jié)晶應(yīng)力、 避免焊縫薄弱區(qū)與應(yīng)力線重合、減小背面焊縫應(yīng)力等幾個方面制定工藝規(guī)范：

1、 預(yù)熱方法：

采用火焰加熱，加熱時應(yīng)力求均勻，預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)至少42t，且加日寬度不小于 100mm ，測溫點應(yīng)在離電弧經(jīng)過前的焊接點各方向不小于 75mm處；預(yù)熱溫度在焊件反面測量。

2、 接頭形式

3、 焊接順序

4、 焊接規(guī)范

采用如上述方法，在實際生產(chǎn)過程中很好的避免了結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，這里聲明此種工藝方法僅僅適用于 30±5mm， 低合金鋼板（Q345R ）級別以下的常規(guī)板材的焊接 （不包括低溫板、 不銹鋼或其他特殊材料等），對于這個范圍以外的還有待驗證。