球罐焊接冷裂紋產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施

摘要：本文致力于分析焊接中冷裂紋產(chǎn)生的原理，并且就其最重要的三個(gè)因素氫、應(yīng)力還有組織做了簡(jiǎn)單的解析，通過分析球罐低溫鋼焊接冷裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，從材料選擇，焊接工藝還有焊接前后處理等各個(gè)方面列舉了改善措施。這些措施正確有效的遵守以后，能較好地解決產(chǎn)生冷裂紋的問題，可以很好地保證球罐的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：球罐;焊接‘冷裂紋;溫度’

引言：

球罐是作為一種容器一般是用來儲(chǔ)存易燃易爆或者有毒的介質(zhì)，所以如果球罐因?yàn)槌霈F(xiàn)焊接問題發(fā)生了爆炸其造成的結(jié)果是相當(dāng)嚴(yán)重的。而造成球罐的焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，很大程度上都是因?yàn)槌霈F(xiàn)了焊接裂紋的關(guān)系。吉林就曾發(fā)生過一起因?yàn)楹附永淞鸭y導(dǎo)致球罐發(fā)生破裂的意外事故。所以，在焊接球罐時(shí)有效地避免冷裂紋的出現(xiàn)，對(duì)于減少此類事故的發(fā)生具有重大的意義。

一、焊接冷裂紋概述

焊接裂紋是由于焊接后處于溫度比較低的環(huán)境下而導(dǎo)致冷卻速度變快后大概率出現(xiàn)的一種裂紋。這個(gè)裂紋的形成和氫這個(gè)元素有著緊密的聯(lián)系。冷裂紋的本身具有著延遲開裂的特征，所以又被叫做焊接氫致裂紋或者延遲裂紋，也是這個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致出現(xiàn)球罐破裂的事故。

冷裂紋的有著四種比較典型的案例，區(qū)分它們主要依靠其分布的具體位置和產(chǎn)生的情況：第一種，焊道的下裂紋，主要在距熔合線0.1到0.2mm的近縫區(qū)以內(nèi)，它的走向和熔合線是平行一致的，且一般情況下，在與焊接接頭的表面是不太顯露出來的。第二種是缺口裂紋，它一般出現(xiàn)在受力比較集中的部位。第三種是橫裂紋，這類冷裂紋的分布主要是從焊接的熔合線相周圍的影響區(qū)蔓延的一種形狀，裂紋一般和焊縫是基本垂直的關(guān)系，在球罐上的橫向焊縫常常出現(xiàn)。第四種是凝固過渡層裂紋，裂紋主要在焊縫的未混合區(qū)或者凝固的過渡層中出現(xiàn)。

二、焊接冷裂紋的形成條件

焊接冷裂紋的形成主要和三個(gè)重要的因素有關(guān)，包括氫，組織和應(yīng)力

（一）氫。焊接的材料以及焊接區(qū)域內(nèi)的水汽油污等類似的雜物都是氫的主要來源，在焊接的過程中受到高溫的影響導(dǎo)致其發(fā)生了分解，氫原子因此進(jìn)入到了熔池中，成為了冷裂紋發(fā)生的重要條件之一。

（二）組織。馬氏體的分布數(shù)量和冷裂紋產(chǎn)生的幾率成正比關(guān)系，馬氏體的數(shù)量越多，產(chǎn)生冷裂紋的幾率就越大。

（三）應(yīng)力。焊接的施工工藝本身就是對(duì)于局部進(jìn)行高度加熱，施工的過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變的循環(huán)，所以在焊接結(jié)束之后會(huì)產(chǎn)生一部分應(yīng)力的殘留，也就是冷裂紋產(chǎn)生的第三個(gè)重要條件。

三、影響冷裂紋形成的因素

作為冷裂紋產(chǎn)生的三個(gè)重要條件。所有對(duì)氫，組織，還有應(yīng)力有著明顯影響的因素都會(huì)對(duì)焊接之后冷裂紋的產(chǎn)生有著重大的影響。

（一）焊接的環(huán)境：所處的環(huán)境溫度影響著焊接后焊接處的冷卻速度，也就影響著氫的冷卻速度，所以所處的環(huán)境對(duì)焊接之后冷裂紋的是否產(chǎn)生有著重大的影響。

（二）預(yù)熱：當(dāng)預(yù)熱的溫度很高的時(shí)候，焊縫中的氫含量就會(huì)相應(yīng)的下降，同時(shí)預(yù)熱溫度越高，焊接后的冷卻速度就會(huì)越慢。冷卻速度影響著氫的擴(kuò)散和馬氏體的數(shù)量，而這兩個(gè)因素是冷裂紋產(chǎn)生重要的兩個(gè)條件[1]。

（三）焊接線能量：焊接線的能量越大，就能更好的幫助后續(xù)氫元素的擴(kuò)散，產(chǎn)生冷裂紋的幾率越低，相反焊接線的能量越低，產(chǎn)生冷裂紋的幾率越大。

（四）焊接的材料：因?yàn)闅涫抢淞鸭y形成的重要因素之一，所以所選擇的焊接材料氫的含量大小很大程度上影響著產(chǎn)生冷裂紋的幾率，或者烘烤不到位導(dǎo)致焊縫中的氫含量過高的時(shí)候，都會(huì)相應(yīng)的增大冷裂紋出現(xiàn)的幾率。

四、防止產(chǎn)生冷裂紋的措施

（一）盡量的減少氫的來源

對(duì)于球罐焊接材料的選擇，普遍采用含氫量比較小的焊條或者超低氫含量的焊條。對(duì)于焊條的儲(chǔ)存環(huán)境選擇在要在100到150℃的恒溫箱中，使用的時(shí)候根據(jù)其使用說明提前進(jìn)行烘干。要將焊接的坡口以及兩側(cè)20mm之內(nèi)的雜物清除干凈，防止在焊接的過程中產(chǎn)生氫。要天氣較為濕潤(rùn)的時(shí)候施行焊接，采取一定的防風(fēng)舉措，防止出現(xiàn)吹弧的現(xiàn)象。

（二）選用冷裂紋不敏感的材料

在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以選用碳當(dāng)量比較低的一些鋼種，設(shè)計(jì)在選材的時(shí)候盡量選用一些對(duì)冷裂紋沒有那么敏感的材料。

（三）選用適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱溫度還有預(yù)熱的范圍

對(duì)于焊接對(duì)象的預(yù)熱可以很有效的減少焊接坡口及周圍的雜物影響，焊接的預(yù)熱溫度選擇要適當(dāng)。合適的預(yù)熱會(huì)讓焊縫的冷卻速度變低，氫可以更加容易的從焊縫中向外擴(kuò)散，能有效讓焊接去的溫度梯度降低下來，焊縫的冷卻速度也會(huì)緩和下來。

（四）選用適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟群蜁r(shí)間

進(jìn)行后熱的時(shí)候可以加速氫的向外擴(kuò)散，同時(shí)對(duì)于焊接接頭的組織也有一定的改善作用。隨著焊接層數(shù)的持續(xù)增多，焊縫中的擴(kuò)散氫會(huì)越來越多，所以在焊接以后要立刻進(jìn)行后熱的程序，給予氫充分的向外擴(kuò)散時(shí)間。溫度和時(shí)間分別控制在200到250℃和05到1h。

（五）焊接的過程中對(duì)于層間溫度要保持。

焊接的過程中對(duì)于層間溫度要進(jìn)行保持，溫度的選擇大概不能低于預(yù)熱時(shí)候溫度的最低值，層間溫度的保持之對(duì)減少冷裂紋的產(chǎn)生幾率有著重要的作用。

（六）采用合適的線能量

焊接線的能量影響著焊接的結(jié)果[2]。如果焊接線的能量太低的話，會(huì)導(dǎo)致焊縫的熱影響區(qū)出現(xiàn)其他問題，氫不能很好地?cái)U(kuò)散，很大程度上加大了在焊縫附近出現(xiàn)冷裂紋的概率，如果焊接線的能量太大對(duì)于避免冷裂紋的產(chǎn)生有很大的幫助，但也卻會(huì)因?yàn)槟芰康倪^大而導(dǎo)致熱影響區(qū)域出現(xiàn)其他的問題，最終導(dǎo)致接頭處的塑韌性下降。

（七）防止強(qiáng)力組隊(duì)

組裝的工藝方面，要采用最適合的組隊(duì)，盡可能的避免出現(xiàn)強(qiáng)力組隊(duì)的情況，防止出現(xiàn)因?yàn)閺?qiáng)力組隊(duì)出現(xiàn)太大的組內(nèi)對(duì)應(yīng)力。并且要盡可能降低組隊(duì)錯(cuò)邊量還有棱角度。

（八）在球罐焊接的過程中，對(duì)于焊接的工藝一定要熟練精巧，防止因?yàn)椴僮鞯膯栴}出現(xiàn)工藝方面的問題，例如，咬邊，沒有焊接透徹，長(zhǎng)條狀?yuàn)A渣等等。這些都是工藝方面的問題缺陷。

（九）在球殼板上不能隨便的進(jìn)行引弧，避免出現(xiàn)板殼上的引弧處的冷卻速度比正常焊接時(shí)候的冷卻速度要高的情況。

（十）工卡具的焊接和球罐焊接采用的是相同的手法，預(yù)熱，后熱，要避免冷卻速度太高，從而產(chǎn)生冷裂紋。

（十一）焊縫出現(xiàn)返修的情況，必須嚴(yán)格按照和球罐相同的工藝，在返修前，用砂輪機(jī)磨除缺陷的時(shí)候，應(yīng)該一樣在焊縫部分預(yù)熱。

結(jié)束語

影響焊接時(shí)候冷裂紋形成的原因是很多的，本文通過對(duì)焊接的各種過程中應(yīng)該采取的相應(yīng)措施進(jìn)行了分析。總之，根據(jù)所給的措施進(jìn)行焊接過程的改正，一定可以幫助類似的焊接工藝更好地進(jìn)行，進(jìn)而得到滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳新明. 球罐焊接冷裂紋的預(yù)防[J]. 油氣田地面工程， 2006.

[2] 梁承勇， 崔勇力. 球罐焊接冷裂紋的產(chǎn)生原因與預(yù)防措施[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2011， 000（004）：84-84.

作者簡(jiǎn)介：

姓名：閆建忠 ?出生年月—：1971.8 ?性別：男 ?民族：漢 ?籍貫：遼寧，開原 ?職務(wù)/職稱：工程師 ?學(xué)歷：大學(xué) ?研究方向：焊接 ?單位全名：中國(guó)三冶集團(tuán)有限公司 ?單位郵編 ： 114003