1、16MnR 压力容器筒节纵缝埋弧自动焊终端裂纹形成原因初析16MnR 钢是我国压力容器行业目前使用较广泛的一种具有较高强度和韧性的，具有良好的焊接性能的低合金高强度钢。其裂纹敏感性小。压力容器筒体的主对接缝主要用生产效率较高，劳动条件较好的埋弧自动焊 SAW 焊接. 但是 16MnR 埋弧自动焊焊接过程中经常在纵焊缝熄弧板附近发现一条或者数条细小较短的裂纹。严重时，裂纹扩展到焊缝表面。裂纹一般位于筒节纵焊缝的末端，一般在 X 射线底片上的黑度较淡，有一条或者数条较短的纵向裂纹 ，形状有时细如发丝。 如图一 在低合金钢焊接时，筒节纵缝的终端裂纹出现的几率大于平板拼接环缝的出现几率。随着板厚增加，
2、结构刚性增大，终端裂纹几率增大。在其他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。对此一直没有较好的解决办法，只能通过返修来解决。既拖延了产品的生产周期，又增加了产品的生产成本。因此，分析压力容器筒节纵焊缝终端裂纹的形成原因并寻求出相应的预防措施具有十分重要的现实意义。 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。另外筒节卷圆时手下料尺寸精度、卷板机精度和操作者技能的影响，纵缝焊接接头在组装定位焊时，存在强行组装现象，导致在定位焊焊道内留下较大的拉伸和剪切应力。 如图二 2）16MnR 焊接过
3、程中，因焊接热源集中于焊件接口部位，致使焊件存在温度梯度，使焊件上形成不均匀的温度场，势必引起不均匀的组织和性能变化以及焊接变形等问题。由于焊接接头区域加热和冷却的不均匀性，必然产生焊接残余应力和变形。 3）在焊接过程中，其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，使定位焊道内应力情况更加复杂。而且，筒体越长，熔池越接近终端时，应力与应变增加越迅速，各种变形量叠加也越大。 16MnR 压力容器纵焊缝采用 SAW 埋弧自动焊焊接时，为什么裂纹总是出现在纵焊缝的终端，靠近纵焊缝的熄弧板附近，而且以纵向裂纹居多呢？压力容器筒体纵焊缝的焊接都有引弧板和熄弧板。其中熄
4、弧板有两方面的作用：1）焊缝焊完后将整个熔池引到熄弧板上在结束焊接，可以防止收弧处熔池金属流失或者留下弧坑（易产生弧坑裂纹）保证焊缝终端的质量。2）对焊缝终端起固定作用。当焊接熔池进行到焊缝终端，把最后一个定位焊道溶化时，定位焊道被加热到无强度状态，失去了对筒体纵焊缝的固定作用，此时熄弧板就替代定位焊，并且足够的拘束力固定筒体，以阻止筒体纵焊缝末端变形。当焊接电弧到达终端时最终定位焊焊道被加热到无强度或者溶化状态时，原来所受拘束被释放。焊缝在纵向 A-A、横向 B-B 、B1-B1 方向产生热膨胀变形，同时原来存在的剪切应力和横向的残余拉压力，引起厚度方向的错边和横向变形。 如图三 由于埋弧自
5、动焊焊接时热输入较大。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溶化，已经结晶的焊缝对前方熔池周围的拘束力较薄弱，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冷却未完全结晶的焊缝金属或者强度未达到足够高的焊缝金属拉裂而形成较细、较短的以纵向居多的裂纹，甚至是数条裂纹，这就是筒节纵焊缝埋弧自动焊产生裂纹的最主要原因。 从以上分析可以看出，防止焊缝终端产生裂纹主要应加强对筒体焊缝终端的拘束固定作用，以尽量减少各种应力对焊缝金属的拉裂作用，建议在生产中可采用以下几条措施： 1）在筒体筒节
6、制作的全过程加强质量控制，提高下料尺寸的精度，采用合理的坡口形式，控制坡口加工的尺寸精度，提高筒节的卷圆质量，避免筒节冷作组对过程中的强制组对，减少冷作组对产生的应力。 2）筒节终端的定位焊缝放在正式焊缝后焊面，其焊缝截面应较厚，一般应占板材厚度的三分之一，且宜筒体纵焊缝的末端，加强定位焊焊缝对筒体末端的拘束作用。 3）改进普通熄弧板的尺寸和结构，在普通熄弧板的焊缝两侧开两条对称的小槽，将熄弧功能与固定功能分开，增强对筒体纵焊缝终端的刚性固定作用。 4）采用合理的焊接工艺参数，控制第一道焊缝的焊接参数，以有效控制焊缝第一焊道的热输入量。提高焊缝的焊接系数，采用抗热裂性能较好的焊剂和焊丝可以提高焊缝的抗热裂性能。采用以上措施可有效的防止筒节纵焊缝终端的裂纹的出现。 参考文献： 【1】GB150-2011 压力容器中国标准出版社 【2】 焊接手册机械工业出版社 【3】 焊接方法与金属焊接性机械工业出版社
