球罐焊接冷裂紋產生的原因和預防措施

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

關鍵詞：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存易燃易爆或者有毒的介質，所以如果球罐因為出現焊接問題發生了爆炸其造成的結果是相當嚴重的。而造成球罐的焊接結構出現問題，很大程度上都是因為出現了焊接裂紋的關系。吉林就曾發生過一起因為焊接冷裂紋導致球罐發生破裂的意外事故。所以，在焊接球罐時有效地避免冷裂紋的出現，對于減少此類事故的發生具有重大的意義。

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境下而導致冷卻速度變快后大概率出現的一種裂紋。這個裂紋的形成和氫這個元素有著緊密的聯系。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，也是這個特點導致出現球罐破裂的事故。

冷裂紋的有著四種比較典型的案例，區分它們主要依靠其分布的具體位置和產生的情況：第一種，焊道的下裂紋，主要在距熔合線0.1到0.2mm的近縫區以內，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蔓延的一種形狀，裂紋一般和焊縫是基本垂直的關系，在球罐上的橫向焊縫常常出現。第四種是凝固過渡層裂紋，裂紋主要在焊縫的未混合區或者凝固的過渡層中出現。

二、焊接冷裂紋的形成條件

焊接冷裂紋的形成主要和三個重要的因素有關，包括氫，組織和應力

（一）氫。焊接的材料以及焊接區域內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致其發生了分解，氫原子因此進入到了熔池中，成為了冷裂紋發生的重要條件之一。

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

（三）應力。焊接的施工工藝本身就是對于局部進行高度加熱，施工的過程中會產生應力和應變的循環，所以在焊接結束之后會產生一部分應力的殘留，也就是冷裂紋產生的第三個重要條件。

三、影響冷裂紋形成的因素

作為冷裂紋產生的三個重要條件。所有對氫，組織，還有應力有著明顯影響的因素都會對焊接之后冷裂紋的產生有著重大的影響。

（一）焊接的環境：所處的環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，所以所處的環境對焊接之后冷裂紋的是否產生有著重大的影響。

（二）預熱：當預熱的溫度很高的時候，焊縫中的氫含量就會相應的下降，同時預熱溫度越高，焊接后的冷卻速度就會越慢。冷卻速度影響著氫的擴散和馬氏體的數量，而這兩個因素是冷裂紋產生重要的兩個條件[1]。

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

（四）焊接的材料：因為氫是冷裂紋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生冷裂紋的幾率，或者烘烤不到位導致焊縫中的氫含量過高的時候，都會相應的增大冷裂紋出現的幾率。

四、防止產生冷裂紋的措施

（一）盡量的減少氫的來源

對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。對于焊條的儲存環境選擇在要在100到150℃的恒溫箱中，使用的時候根據其使用說明提前進行烘干。要將焊接的坡口以及兩側20mm之內的雜物清除干凈，防止在焊接的過程中產生氫。要天氣較為濕潤的時候施行焊接，采取一定的防風舉措，防止出現吹弧的現象。

（二）選用冷裂紋不敏感的材料

在設計的時候可以選用碳當量比較低的一些鋼種，設計在選材的時候盡量選用一些對冷裂紋沒有那么敏感的材料。

（三）選用適當的焊前預熱溫度還有預熱的范圍

對于焊接對象的預熱可以很有效的減少焊接坡口及周圍的雜物影響，焊接的預熱溫度選擇要適當。合適的預熱會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緩和下來。

（四）選用適當的后熱溫度和時間

進行后熱的時候可以加速氫的向外擴散，同時對于焊接接頭的組織也有一定的改善作用。隨著焊接層數的持續增多，焊縫中的擴散氫會越來越多，所以在焊接以后要立刻進行后熱的程序，給予氫充分的向外擴散時間。溫度和時間分別控制在200到250℃和05到1h。

（五）焊接的過程中對于層間溫度要保持。

焊接的過程中對于層間溫度要進行保持，溫度的選擇大概不能低于預熱時候溫度的最低值，層間溫度的保持之對減少冷裂紋的產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果[2]。如果焊接線的能量太低的話，會導致焊縫的熱影響區出現其他問題，氫不能很好地擴散，很大程度上加大了在焊縫附近出現冷裂紋的概率，如果焊接線的能量太大對于避免冷裂紋的產生有很大的幫助，但也卻會因為能量的過大而導致熱影響區域出現其他的問題，最終導致接頭處的塑韌性下降。

（七）防止強力組隊

組裝的工藝方面，要采用最適合的組隊，盡可能的避免出現強力組隊的情況，防止出現因為強力組隊出現太大的組內對應力。并且要盡可能降低組隊錯邊量還有棱角度。

（八）在球罐焊接的過程中，對于焊接的工藝一定要熟練精巧，防止因為操作的問題出現工藝方面的問題，例如，咬邊，沒有焊接透徹，長條狀夾渣等等。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行引弧，避免出現板殼上的引弧處的冷卻速度比正常焊接時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，預熱，后熱，要避免冷卻速度太高，從而產生冷裂紋。

（十一）焊縫出現返修的情況，必須嚴格按照和球罐相同的工藝，在返修前，用砂輪機磨除缺陷的時候，應該一樣在焊縫部分預熱。

結束語

影響焊接時候冷裂紋形成的原因是很多的，本文通過對焊接的各種過程中應該采取的相應措施進行了分析。總之，根據所給的措施進行焊接過程的改正，一定可以幫助類似的焊接工藝更好地進行，進而得到滿意的結果。

參考文獻：

[1] 陳新明. 球罐焊接冷裂紋的預防[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生原因與預防措施[J]. 科技創新導報， 2011， 000（004）：84-84.

作者簡介：

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/職稱：工程師 ?學歷：大學 ?研究方向：焊接 ?單位全名：中國三冶集團有限公司 ?單位郵編 ： 114003