一、概述
??????? 在壓力容器制造中,當(dāng)采用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時(shí),經(jīng)常會(huì)在縱焊縫的端部或靠近端部處產(chǎn)生裂紋(以下簡(jiǎn)稱終端裂紋)。對(duì)此問題已有不少人進(jìn)行了研究,認(rèn)為產(chǎn)生終端裂紋的主要原因是當(dāng)焊接電弧接近縱焊縫終端時(shí),焊縫在沿軸向膨脹變形的同時(shí),還伴隨有垂直軸向方向的橫向張開變形;而筒體在卷制及制作裝配過程中也存在著冷作硬化應(yīng)力和組裝應(yīng)力;在焊接過程中,因終端定位焊縫及引弧板的拘束作用,在焊縫終端產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力;當(dāng)電弧移動(dòng)到終端定位焊縫和引弧板上時(shí),由于該部位受熱膨脹變形,使焊縫終端的橫向拉伸應(yīng)力得到松弛,拘束力減小,便使焊縫終端剛剛凝固的焊縫金屬受到較大的拉應(yīng)力而形成終端裂紋。??? 根據(jù)上述原因分析提出了兩項(xiàng)解決的對(duì)策:一是增加引弧板的寬度以增加其拘束力;二是采用開槽的彈性拘束引弧板。但是我們?cè)趯?shí)踐中采取上述對(duì)策后,問題還是沒有得到有效解決:如雖然采用了彈性拘束引弧板,但仍然會(huì)產(chǎn)生縱焊縫的終端裂紋,且在焊接厚度較小,鋼性較小而經(jīng)強(qiáng)制裝配的筒體時(shí)也常有終端裂紋發(fā)生等;然而,當(dāng)在筒體縱焊縫的延長(zhǎng)部位帶有產(chǎn)品試板時(shí),雖然定位焊等情況與未帶產(chǎn)品試板時(shí)相同,卻很少產(chǎn)生縱縫產(chǎn)生終端裂紋。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和分析,我們認(rèn)為縱縫終端裂紋的產(chǎn)生,雖然與終端焊縫處不可避免地存在著較大的拉伸應(yīng)力有關(guān),同時(shí)還與其他幾個(gè)極為重要的原因有關(guān)。
??? 二、終端級(jí)故產(chǎn)生的旅因分析
??? 1. 終端焊縫部位溫度場(chǎng)的變化
??????? 埋弧焊焊接時(shí),當(dāng)焊接熱源靠近縱焊縫的終端部位時(shí),焊縫端部正常的溫度場(chǎng)將發(fā)生變化,越靠近終端其變化越大。因?yàn)橐“宓某叽邕h(yuǎn)比筒體小,其熱容量也小得多,而引弧板與筒體之間只靠定位焊連接,故可視為大部分不連續(xù)。所以終端焊縫部位的傳熱條件是很差的,致使該部位局部溫度升高,熔池形狀發(fā)生變化,熔深也將隨之變大,同時(shí)熔池在高溫下停留的時(shí)間也變長(zhǎng),熔池凝固的速度變慢,尤其當(dāng)引弧板尺寸過小,引弧板與筒體之間的定位焊縫過短、過薄時(shí)更為顯著。
??? 2.焊接熱輸入量的影晌
??????? 由于埋弧焊所采用的焊接熱輸人量往往比其他焊接方法要大得多,因而熔深大,熔敷金屬量大,且有焊劑層的覆蓋,所以熔池大,熔池凝固的速度和焊縫冷卻速度都比其他焊接方法要慢,致使晶粒較粗大,偏析較嚴(yán)重,這些都為熱裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了極為有利的條件。另外,且焊縫的橫向收縮量遠(yuǎn)比間隙的張開量要小,使終端部位的橫向拉伸力比其他焊接方法要大。這對(duì)開坡口的中厚板和不開坡口的較薄板尤為顯著。
??? 3. 其他情況
?????? 如存在強(qiáng)制裝配,裝配質(zhì)量不符合要求,母材中的S、P等雜質(zhì)的含量偏高及偏析,也都會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
??? 三、終端裂紋的性質(zhì)
??????? 終端裂紋按其性質(zhì)屬于熱裂紋,而熱裂紋按其形成的階段又可分為結(jié)晶裂紋和亞固相裂紋。雖然終端裂紋形成的部位有時(shí)為終端、有時(shí)為距終端附近地區(qū)105 m m范圍內(nèi),有時(shí)為表面裂紋,有時(shí)為內(nèi)部裂紋,而大多數(shù)情況是發(fā)生在終端附近的內(nèi)部裂紋。由此可見,終端裂紋的性質(zhì)基本上屬于亞固相裂紋,也即在焊縫終端尚處于液態(tài)時(shí),在靠近終端附近的熔池雖已凝固,但仍處于稍低于固相線以下的高溫零強(qiáng)度狀態(tài),在終端復(fù)雜的焊接應(yīng)力(主要為拉伸應(yīng)力)的作用下產(chǎn)生裂紋,而靠近表面的焊縫表層因易于散熱,溫度相對(duì)較低,并已具有一定強(qiáng)度且塑性極好,故終端裂紋往往存在于焊縫內(nèi)部而不能用肉眼發(fā)現(xiàn)。