压力容器筒体纵缝埋弧焊终端裂纹的预防

1、应用能源技术2007年第3期(总第111期)12压力容器筒体纵缝埋弧焊终端裂纹的预防鲍文江(齐齐哈尔市齐化集团机修厂,黑龙江齐齐哈尔161033)摘要:针对16MnR钢制压力容器筒体纵缝埋弧焊时焊缝终端易形成裂纹的问题,分析其产生原因,并采用改进熄弧板等措施,最终取得了防止裂纹的满意效果。关键词:压力容器;埋弧焊;裂纹;熄弧板中图分类号:TG423文献标识码:B文章编号:1009-3230(2007)03-0012-03PreclusionofTerminalCrackforLongitudinalofPressureVessel(QiqiharQ,HeilongjiangHarbin;161

2、033)Abstract:inthecourseofsub-mergearcweldforlongitudinalweldofpre2ssurevesselbodyby16MnRsteel,Thisarticleanalysesthecausesofthecrack,measuressuchasimprov2ingblowoutplate,etc.wereadaptedtopreventthecracking.Keywords:pressurevessel;SAW;crack;blowoutplate16MnR钢是一种具有较高强度和韧性以及良好焊接性的低合金钢,目前被广泛应用于压力容器、船体、

3、锅炉等焊接结构的制造。其中压力容器筒体的主对接缝主要采用效率高、劳动条件相对较好的埋弧焊。但在对中厚板(20mm)16MnR钢制压力容器的焊接过程中发现其筒体纵缝焊缝终端经常出现较短的裂纹,对此一直没有较好的解决方法,只能通过返修来解决,甚至因几次返修不合格而只能报废,延长了产品的生产周期,增加了产品的制造成本。所以,分析此裂纹的形成原因并寻求出相应措施具有十分现实的意义。收稿日期:2007-02-15修订稿日期:2007-03-01作者简介:鲍文江(1977),男,大学本科,毕业于佳木斯大学材料工程学院,现从事焊接工艺。1裂纹特点1.1裂纹所处位置及形状裂纹位于筒体纵缝的末端,在进行焊接返修

4、时发现,该裂纹位于第一道焊缝的根部,有时也扩展到焊缝的表面。从X射线底片上观察,一般出现在距离筒节焊缝末端(不包括熄弧板上的焊缝)0150mm范围内,较细,呈浅黑色且长度较短。1.2裂纹的影响因素随着板厚的增加,焊缝终端产生裂纹的几率增大。在其它焊接工艺参数一定的情况下,焊接电流越大,焊接速度越小,产生裂纹的几率也越大。且在焊接其它低合金钢(20mm)时,也发现有类似现象。2终端裂纹产生原因分析2.1钢材的焊接性分析16MnR钢是我国压力容器行业使用最广泛的2007年第3期(总第111期)应用能源技术13一种低合金高强钢,其(C)E<0.5%,其裂纹敏感性小,焊接性好,对多种厚度规格的1

5、6MnR钢板的埋弧焊工艺作焊接工艺评定时,试板从未出现过裂纹,且拉伸、弯曲等力学性能试验结果均符合GB150-1998钢制压力容器要求,证明采用的焊接工艺合理。2.2残余应力的影响图1终端变形示意图压力容器筒体卷圆时,在金属内部存在冷作残余应力,在焊接过程中,母材发生再结晶时,在焊接接头区域内产生新的焊接应力。另外,筒节卷圆时受下料尺寸精度、卷板机精度和操作者技能的影响,纵缝接头在组装定位焊时,存在着强行组装现象,导致在定位焊焊道内留下较大的拉伸应力和切应力。2.3焊接变形的影响图2。A-B-B,B-B方向产生,同时原来存在的切应力Z和横向焊接残余拉应力y引起厚度方向错边和横向变形。由于埋弧焊

6、焊接热输入大,焊接温度场熔池的构造很复杂,焊接热变形大,有时终端定位焊道已完全熔化,已经结晶的焊缝对前方熔池周围的拘束力较弱,熄弧板接受的热量较多,常常由于自身温度过高而失去刚度,从而也失去了对焊缝终端的拘束作用,实际上形成了终端无拘束状态,此处集中的应力进而将未完全结晶的焊缝金属或强度未达到足够高的焊缝金属拉裂而形成较细、较短的裂纹,甚至是数条裂纹,这就是筒体纵缝埋弧焊产生终端裂纹的最主要原因。11,应力和变形。同时,焊接时在长度方向和厚度方向同时出现错边变形,这种变形所产生的焊接残余应力叠加到一起,使定位焊焊道内应力情况更加复杂。而且,筒体越长,熔池越接近终端时,各种变形量越大,应力和应变

7、的累计使终端的定位焊焊道应力值增加越迅速。2.4熄弧板的作用和影响在锅炉压力容器的制造过程中,对于筒体的焊接,尤其是纵焊缝的焊接,都要有引弧板和熄弧板。其中,熄弧板有两方面的作用:一是焊缝焊完后将整个熔池引到熄弧板上在熄弧,可防止收弧处熔池金属流失或留下弧坑;二是对焊缝末端起固定作用。当焊接熔池进行到焊缝终端,最后一道定位焊缝熔化时,定位焊缝被加热到无强度状态,失去了对筒体纵焊缝的固定作用,此时熄弧板就替代了定位焊缝,并且应有足够的拘束力固定筒体,以阻止筒体纵缝末端变形,如图1所示。当焊接电弧到达终端时,最终定位焊焊道被3预防终端裂纹的措施终端裂纹产生的主要原因是:定位焊焊缝被熔化;熄弧板又因

8、受热温度过高失去刚性,从而形成筒体终端无拘束状态。因此,防止终端产生裂纹主要使应加强对筒体终端的拘束固定作用,以减小应力对焊缝金属的拉裂作用,在生产中可采用以下两条措施:(1)终端定位焊焊缝放在正式焊缝后焊面,其标准分享网 免费下载应用能源技术2007年第3期(总第111期)14焊缝截面应较厚,一般应占板材厚度的13,且宜靠近筒体纵缝的末端,这样就加强了定位焊焊缝对筒体末端的拘束作用。(2)改进熄弧板,在普通熄弧板的两侧开2条4试验及结果分析4.1焊接模拟试验对4种板厚分别为20,22,28和30mm的16MnR钢焊接试板进行实际焊缝模拟试验。焊接对称的小槽,使其成为弹性熄弧板,具体结构如图2

9、所示。板材厚度为(筒体厚度+4)mm。该熄设备为MZ-1000型埋弧焊机,焊接材料为H10Mn2焊丝+HJ431,焊前对焊剂进行250×2h弧板的优点是把熄弧功能和固定功能分开。熄弧板两侧的缝隙可有效地将热隔开,以保证起固定作用的部分有足够的强度继续对焊缝终端固定,使筒体末端在纵向、横向引起的变形量都降低。表1的烘烤。其中,厚度为20,22mm的板开Y形坡口,厚度为28,30mm的板开X形坡口,采用双面焊,试验参数见下表1。焊接模拟试验参数及结果焊接工艺参数焊件厚度mm焊丝直径焊接电流mmA600700750850800900电弧电压V343638404042焊接速度(mh25282

10、6282628出现裂纹比例试验次数(%)202228304444362828无有无有无有无有111001021.30.023.60.035.10.04.2试验结果分析接工艺参数,裂纹将显著减少。同时,还应加强筒节制造全过程的质量控制,如提高下料精度,提高筒节的卷圆质量,避免强行组装以减小组装应力,减小第1道焊缝的焊接热输入,选择最佳的焊接工艺参数,完全可以达到防止筒体终端产生裂纹的目的。参考文献1GB150-1988.钢制压力容器S.2中国机械工程学会焊接学会.焊接手册M.北京:对统计结果分析表明(1)随着板厚的增加,结构刚性增大,筒体末端裂纹出现的几率也增大。(2)采取如前所述的改进措施,增强对筒体纵缝末端的刚性固定作用,同时采用合理的焊接工艺参数控制好第1道焊缝,可有效防止终端裂纹的出现。由表1可知,改