鋼板母材缺欠引起的焊接質量關鍵問題分析

高志萌 張文 楊勇

摘 要：對焊接接頭焊縫進行質量檢測時，發現母材中存在缺陷。通過對母材無損檢測分析、宏觀和微觀金相組織觀察分析以及偏析分析，確定了母材中存在的缺欠類型，分析了缺欠產生的原因，對今后同類問題具有一定的指導意義。

關鍵詞：母材缺欠；焊接質量；金相；偏析

中圖分類號：TG457.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0040-03

Experimental Analysis of Key Problems of Weld Quality

Caused by Defective Steel Plate Parent Material

GAO Zhimeng1 ZHANG Wen2 YANG Yong2

（1.National Center of Quality Inspection & Testing for Hydraulic Metal Structure Ministry of Water Resources，Zhengzhou Henan 450044；2.Mechanical & Electrical Erection Corporation of Sinohydro Bureau 7 Co.， Ltd.，Pengshan Sichuan 620860）

Abstract： When quality inspection of welded joint welds was performed， it was found that there was a defect in the base metal. Through the non-destructive analysis of the base metal， macroscopic and microscopic microstructure observation and segregation analysis. Determined the type of imperfections in the parent material and analyzed the causes of the imperfections. It has certain guiding significance for similar problems in the future.

Keywords： defective parent material；welding quality；metallographic；segregation

本次試驗按照《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》（DL/T 5017—2007）規范要求對壓力鋼管制作前對板材（Q345R）質量進場抽檢，抽檢方式按照規格型號、批次、爐號等進行，基礎試驗包括無損檢測和理化試驗，無損檢測執行《鋼鍛件超聲檢測方法》（GB/T 6402—2008）標準。

1 母材缺欠無損檢測試驗分析

按標準對母材進行超聲波檢測，其質量符合標準要求。對焊縫進行超聲波檢測，發現連續的回波幅度低于評定線的反射回波信號，其深度位于母材中缺欠的深度位置（10～12mm），其水平位置位于焊縫兩側邊緣熔合線附近。發現此類情況后，使用砂輪機將焊縫刨開直至缺欠位置，做表面磁粉（MT）檢測，在兩側邊緣發出磁痕。在發現磁痕的位置使用碳弧氣刨向母材側進行清理，并在清理部位做滲透檢測，發現線性痕跡顯示（見圖1）。從滲透顯示（見圖2）中可以看出，裂紋為沿晶開裂形態，斷續分布在母材深度10～12mm區域，初步判定裂紋形式為熱裂紋，熱裂紋產生的主要原因是裂紋區域存在一定的拉應力（內應力和外應力）和低熔點共晶物，而拉應力的產生可能是由于焊縫拼裝工藝或者焊接引起的[1]。

2 母材缺欠宏觀及微觀缺欠分析

2.1 母材缺欠宏觀分析

從母材上取兩塊式樣進行打磨、拋光和腐蝕處理，從宏觀金相結果可以看出（見圖3），1#試樣的母材兩側的中部位置存在明顯的偏析帶，明顯存在1～2mm寬度的黑帶和淺色帶狀形態，黑帶主要組織為珠光體，黑帶兩側的淺色帶組織主要以鐵素體為主，而2#試樣的僅母材一側的中部位置存在明顯的偏析帶，組織形態和1#試樣的組織一致。1#和2#試樣均取自一件焊接接頭，而母材中部位置的帶狀組織偏析狀況不太一樣，1#試樣的母材部位偏析更加嚴重，說明母材的組織不是很均勻，冶煉和軋制生產工藝存在著不穩定性[2]。

2.2 母材缺欠微觀金相分析

從圖4可以看出，1#試樣的焊縫組織主要是先析鐵素體、條狀鐵素體、針狀鐵素體和少量珠光體組織，過熱區組織存在脆性的魏氏組織和偏少量的塊狀和條狀鐵素體（焊接線能量大造成的，應該盡量避免脆性組織的產生，宜采用合適的線能量、多層多道焊進行焊接），部分相變區為鐵素體和珠光體組織，中部區域珠光體含量偏高，黑帶較為明顯。從圖5可以看出，2#試樣的組織和1#試樣的組織結構有一定的變化，但是組織組成基本相似，焊縫區組織主要是先析鐵素體、針狀鐵素體、粒狀鐵素體和少量珠光體組織，過熱區組織存在脆性的魏氏組織和少量塊狀鐵素體，部分相變區為鐵素體和珠光體組織，中部區域珠光體含量較多，存在黑色帶狀。因此，焊接接頭產生缺欠的部位沒有出現淬硬組織，裂紋不是冷裂紋，而是熱裂紋性質。

圖5 2#焊接接頭微觀金相

3 母材偏析問題分析

針對母材的偏析，采用EDS分析手段對焊接接頭的HAZ區和母材的偏析帶區域的C、Si、Mn、P、S元素分布進行定性分析，分析區域為以黑帶為中心跨度4.5mm區域，母材的偏析帶區域分析如圖6所示，條狀夾雜物清晰可見，同樣條狀夾雜物也清晰可見[3]。從圖7能夠明顯看出，黑帶處的S、P含量均高于其他區域的至少2倍，Mn含量也很高，因此在黑帶區域很有可能形成Fe+FeS低熔點共晶物或高熔點的MnS夾雜物。

4 結語

在已經采納使用存在此類鋼板缺欠的情況下，焊接和裝配工藝上要采取措施，采用較小的焊接線能量進行焊接，在雙面焊接情況下盡量不采用碳弧氣刨對根部進行清根處理，宜采用砂輪機進行磨削處理。如果采用碳弧氣刨進行清根，應該要求采用砂輪機打磨去掉滲碳層至少1～2mm的深度，并采用著色探傷或磁粉探傷進行檢查合格后方可進行下一步焊接。對于焊接時存在少量位

置熱影響區出現裂紋問題，建議采用機械打磨的方式磨去缺欠位置的金屬，并采用表面探傷檢查裂紋的情況，直到沒有裂紋出現，預熱后采用較小線能量進行修補焊接，焊接時采用錘擊法盡量消除焊接殘余應力，從而大大降低重新焊接時的裂紋傾向性。

參考文獻：

[1]張郡郡.壓力容器母材夾層的缺陷危害及檢驗方法研究[J].裝備制造技術，2016（10）：200-201，207.

[2]王桂棠，鄧耀華，吳黎明.基于數字圖像處理技術的金相組織定量分析[J].金屬熱處理，2006（2）：66-70.

[3]曾莉，張威，王巖.超級奧氏體不銹鋼偏析行為及元素再分配規律[J].材料熱處理學報，2015（4）：232-238.