大口徑水管線終端裂紋原因及預(yù)防

大慶油田工程建設(shè)公司建材公司

大口徑水管線終端裂紋原因及預(yù)防

徐志勇大慶油田工程建設(shè)公司建材公司

埋弧焊縱縫終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于該部位存在著較大的拉伸應(yīng)力和特殊的溫度場(chǎng)，裂紋是二者共同作用的結(jié)果。采取減少筒體縱縫應(yīng)力，適當(dāng)?shù)丶哟笠“宄叽纾訌?qiáng)定位焊的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，提高筒體滾制質(zhì)量及焊縫的形狀等措施，能有效防止埋弧焊終端裂紋的產(chǎn)生。

埋弧焊；終端裂紋；縱縫應(yīng)力；措施

1 原因分析

（1）終端焊縫部位溫度場(chǎng)的變化。采用埋弧焊焊接時(shí)，當(dāng)焊接熱源靠近縱焊縫終端部位時(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。由于引弧板的尺寸遠(yuǎn)比筒體小，其熱容量也小，而引弧板與筒體之間只靠定位焊連接，因此終端焊縫部位的傳熱條件差，致使該部位局部溫度升高，熔池形狀發(fā)生變化，熔深也隨之變大；同時(shí)熔池在高溫下的停留時(shí)間變長(zhǎng)，熔池凝固的速度變慢。

（2）焊接熱輸入量的影響。由于埋弧焊的焊接熱輸入量大，因而熔深大，熔敷金屬量大，并且有焊劑層的覆蓋，所以熔池大，熔池凝固速度和焊縫冷卻速度都比其他焊接方法慢，致使晶粒較粗大，偏析較嚴(yán)重，為熱裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了極為有利的條件。

（3）應(yīng)力的影響。在筒體預(yù)制中，采用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時(shí)，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；在焊接過(guò)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，焊縫終端的橫向拉伸應(yīng)力得到松弛，拘束力減小，使得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。

2 預(yù)防措施

（1）適當(dāng)?shù)丶哟笠“宓某叽纭Ｒ“灞仨氂凶銐虻某叽纾穸纫伺c焊件相同，尺寸應(yīng)視焊件的大小及鋼板的厚度而定。對(duì)于一般的筒體，建議其長(zhǎng)度和寬度最好不小于100mm。

（2）重視引弧板的裝配及定位焊。引弧板與筒體之間的定位焊必須有足夠的長(zhǎng)度和厚度，一般來(lái)說(shuō)定位焊縫的長(zhǎng)度和厚度以不小于引弧板寬度和厚度的80%為宜，且要求為連續(xù)焊，不能簡(jiǎn)單地點(diǎn)焊。在縱縫兩側(cè)，對(duì)中厚板，應(yīng)保證有足夠的焊縫厚度，必要時(shí)應(yīng)開一定的坡口。

（3）重視筒體縱縫的定位焊。在筒體卷圓后定位焊時(shí)，筒體的定位焊應(yīng)從中央往兩端施焊，每段焊縫長(zhǎng)度不小于50mm，焊50mm斷500mm。為進(jìn)一步增加縱縫端部的拘束力，在縱縫終端部位的定位焊縫長(zhǎng)度應(yīng)不小于100mm，并應(yīng)有足夠的焊縫厚度，且不得有裂紋、未熔合等缺陷。

（4）嚴(yán)格控制焊接熱輸入量。筒體焊接過(guò)程中必須嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，這不僅是因焊接接頭力學(xué)性能的需要，而且對(duì)防止裂紋的產(chǎn)生有著十分重要的作用。埋弧焊焊接電流的大小對(duì)終端裂紋的敏感性有很大的影響，因?yàn)楹附与娏鞯拇笮∨c溫度場(chǎng)和焊接熱輸入量有直接關(guān)系。

（5）嚴(yán)格控制熔池形狀及焊縫成形系數(shù)。埋弧焊焊縫熔池形狀及成形系數(shù)與產(chǎn)生焊接裂紋的敏感性有著密切的關(guān)系，因此應(yīng)嚴(yán)格控制熔池的大小、形狀及焊縫的成形系數(shù)。

（6）減少縱縫應(yīng)力。筒體滾制時(shí)若壓頭和滾筒參數(shù)不合理造成棱角度、圓度、錯(cuò)邊量和間隙組對(duì)超標(biāo)，或縱縫定位焊縫短而少時(shí)，將增加縱縫應(yīng)力，從而增加端部裂紋的機(jī)會(huì)。為了避免出現(xiàn)端部裂紋應(yīng)采用合理的壓頭和滾筒參數(shù)，輔以錘擊或加熱法消除組對(duì)應(yīng)力，避免強(qiáng)力組對(duì)，從而減少縱縫應(yīng)力。

3 結(jié)論

采用埋弧焊焊接筒體縱縫時(shí)產(chǎn)生縱縫終端裂紋是較為常見(jiàn)的，尤其是小直徑筒體縱縫終端裂紋更為常見(jiàn)。通過(guò)試驗(yàn)與分析可知，埋弧焊縱縫終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于該部位存在著較大的拉伸應(yīng)力和特殊的溫度場(chǎng)，裂紋是二者共同作用的結(jié)果。采取減少筒體縱縫應(yīng)力，適當(dāng)?shù)丶哟笠“宄叽纾訌?qiáng)定位焊的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，提高筒體滾制質(zhì)量及焊縫的形狀等措施，能有效防止埋弧焊終端裂紋的產(chǎn)生。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.078