厚壁压力油罐人孔锻件裂纹分析及其焊接

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1、厚壁压力油罐人孔锻件裂纹分析及其焊接

2、第1表1筒节及锻件的化学成分（）中进行。采用溶解法进行化学成分分析。2试验结果与分析2.1报废人孔接管锻件2.1.1力学性能锻件的力学性能列于表2，评定标准按《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》JB4726-2000[1]，由表2可见，实测的锻件力学性能与供应商提供的数据相差较大，其强度超过标准上限，冲击功远低于标准要求的最低值，呈现高强、低朔性、低韧性。表2报废锻件的力学性能2.1.2金相组织及裂纹分析该锻件经碳弧气刨后，在碳弧气刨的凹槽处起源有宏观可见的裂纹，裂纹长约12€€，由焊逢斜向锻件里扩展，见图1a。在金相显微镜下

3、凹槽附近的深灰色区域，在扫描电镜下显示为白亮区域，见图1b，凹槽附近的深灰色区域组织为马氏体＋残余奥氏体，硬度HV0.1500,454,438；与深灰色相邻区域硬度HV0.1331,311,323,其组织依次为（图1C）屈氏体→索氏体→索氏体＋铁素体→不规则块状铁素体＋珠光体，。远离裂纹处的组织为不规则块状铁素体＋珠光体，见图1d。观察试样抛光面，裂纹附近无脱碳现象，无严重的夹杂物。经测定，人孔接管锻件晶粒度为4～5级，比较粗大，图1d也可以证明这一点。（a）宏观金相；（b）裂纹起始部位特征；（c）远离裂纹区域组织；（d）凹槽处深灰色区域组织图1人孔接管锻件裂纹

4、及显微组织人孔锻件冲击断口经丙酮超声清洗后，可见断面呈图2所示的解理特征。解理单元较大，局部二次裂纹明显，断面上未发现大的夹杂物、疏松、气孔等异常冶金缺陷。图2人孔锻件冲击断口形貌由于人孔接管锻件锻造比较大、壁厚，必须850℃～1250℃较高的温度锻造，在此温度区域16Mn晶粒极容易长大导致过热[2]，在人孔接管锻件与筒体的组合焊缝高拘束焊接时，在返修焊缝裂纹时，由于渗碳层和残余奥氏体的存在，成分偏析又较为严重，在热应力和较大拘束应力的联合作用下，诱发了马氏体相变[3]，产生了表面裂纹，由于外购的锻件锻造后正火未达到要求，使高温锻造的过热组织未恢复，锻件晶粒粗大

5、，晶粒粗大是碳弧气刨过程中，裂纹由焊逢斜向锻件里不断扩展的主要原因，人孔接管锻件在热应力和较大拘束应力的联合作用下，裂纹也就很容易由焊逢斜向锻件里不断扩展，从而使得锻件裂纹不断扩展而难以修复。2.2回用人孔接管锻件力学性能及金相组织利用报废的人孔接管锻件做模拟实验，采用重新热处理的方法使锻件回用。把报废的人孔接管锻件当作随炉热处理试板，对不合格的人孔接管锻件经900℃～930℃正火、600℃～620℃回火热处理后[4]，在随炉热处理试板上按切向分别截取拉伸试样、冲击试样、金相试样，其力学性能列于表3，与表2中数据相比，16Mn人孔接管锻件的力学性能明显得到改善，

6、完全满足标准要求；母材经火加回火的金相组织为铁素体＋珠光体，晶粒度为9.5～10.5级，如图3所示，晶粒明显得到细化。显然通过重新热处理使高温锻造的过热组织得到恢复，改善了金相组织，细化了晶粒，获得满足标准要求的学性能指标，满足了使用要求，人孔接管锻件经正火加回火重新热处理后可以重新回用。表3回用锻件的力学性能图3人孔接管锻件正火后组织×1003人孔接管锻件与筒节焊接将人孔接管锻件经正火加回火重新热处理后，再与筒体焊接，由于人孔接管锻件与筒体的焊接采用两端均伸出的嵌入式T型全溶透焊接接头，结构刚性较大，焊接拘束应力较大[5]，必须焊前预热100℃～150℃，层间

7、温度不低于150℃，内壁焊接完后，进行中间消氢处理，以弥补层间温度不足，外壁焊接完后，再进行最后消氢处理，如上焊接的人孔接管锻件与筒体的组合焊缝，24小时后按JB4730-94超声波探伤Ⅱ级标准，一次合格。图4人孔接管锻件与筒节焊接4结论1）由于筒型人孔接管锻件锻造后未严格按要求正火，使得人孔接管锻件过热组织未恢复，晶粒粗大，导致人孔接管锻件与筒体的组合焊缝在厚板高拘束下焊接时产生裂纹。2）将锻件采用正火加回火工艺重新热处理，完全能改善其金相组织，细化晶粒，获得标准要求的力学性能指标，也满足了使用要求。3）重新热处理后的人孔接管锻件与筒体的组合焊缝，采用焊前预热

8、焊后消氢处理的焊接工艺措施，在厚板高拘束焊接下无裂纹产生，焊缝探伤一次性合格。