浅析压力容器的焊接裂纹

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1、浅析压力容器的焊接裂纹　　　　　　七冶压力容器厂　　赵萍摘要：压力容器在施焊过程中经常出现裂纹,特别是中厚制作的压力容器,在低温环境下焊接裂纹发生的频率很高,针对此现象进行分析提出控制措施。关键词：压煮器、冷裂纹、热裂纹、控制措施前言：在现代化工业生产和人们日常生活中，各种压力容器的应用范围极其广泛，因此它的质量控制是压力容器制造企业最为重要的环节，然而在压力容器制造过程中由于种种原因，压力容器在制造过程中会出现许多无法预见的缺陷，这其中以在焊接过程中产生的焊接裂纹，其隐避性和危害性最为严重，我厂是压力容器制造单位具备A1、Ａ２级压力容器的制造资

2、质，近几年我厂承接了大量的压力容器的制造任务，其中以压煮器的制作最具代表性，该产品是氧化铝生产的核心设备，其工作压力为5.2MPa、温度为265℃，介质是高浓度的矿浆，是高温高压高腐蚀性压力容器，在总结前几期压煮器的制造过程中，发现在压煮器的焊接过程中，不同焊位的焊缝都相继出现过不同形式的裂纹，通过对裂纹进行分析比较，从中找出裂纹产生的规律进行归纳总结，提出应对措施，为今后类似产品的生产提供参考。一、原因分析在压煮器的制作中，由于业主和设计单位的不同，加之设备制造成本的考虑，不同的业主分别采用了进口的Ａ48CPR和国产的16MnR两种不同的材料，

3、材料的厚度直径相同，厚度为63mm,直径为2800mm，封头厚度为68mm，接管材料为16Mn三级锻件，选用焊材：进口材料焊条为NF510A、焊丝为AS36、焊剂为AS80、国产材料焊条为CHE507R、焊丝为CHW-S3、焊剂为ＨJ431。在压力容器的制作中，焊缝产生裂纹一般有两钟形式，既冷裂纹和热裂纹，两种裂纹产生的原因各有不同。１、冷裂纹焊接冷裂纹通常是在近缝区或焊缝上产生的，它与金属相变过程中力学性能急剧变化和复杂的应力状态有关，冷裂纹主要发生在那些易于淬化的金属材料中，特别是在焊接条件下近缝区的加热温度高，使奥氏体组织晶粒显著增大，而晶

4、粒粗大的奥氏体极易淬火，也容易转变为粗大的马氏体组织，使近缝区金属性变坏，使塑性下降性増加产生冷裂纹，另一方面是在焊接时的高温作用下，一些含氢的化合物分辨析出原子状态的氢随着熔池温度的不断下降大量的氢溶于金属中，而氢在金属中的溶解度随着温度的下降而下降，这样近缝区便汇集了大量的氢，此时氢就以气态进入金属的细微孔隙中，使局部金属产生很大的应力，从而形成冷裂纹。根据以上冷裂纹形成的原因，结合施工中的状况进行分析，可以找出产生冷裂纹的原因：（１）由于采用火焰加热且加热点过少，焊前预热温度不均匀温度不够，层间温度没有控制好，使温度下降过快，达不到施焊时对

5、温度的要求。（２）施工环境；由于施工环境的多样化，焊接过程中很难确保对焊缝的有效保护，特别是在冬季施工时，从而导致焊缝冷却速度过快，焊缝即近缝区的金属产生淬硬组织，同时不利于焊缝中的氢逸出，使大量的氢滞留焊缝中，从而产生冷裂纹。（１）焊后消氢措施不利；在施工过程中由于工期设备等因素的影响，焊缝的后热处理只是简单的保温，无法达到消氢的作用。１、热裂纹热裂纹的形成主要是冶金因素和工艺因素造成的。冶金因素主要是硫、磷元素引起的杂质偏析，从而导致热裂纹的出现，但该材料已在多次工程中使用其焊接性能良好，且硫、磷元素复验数据在标准控制范围内，因此可排出材料的

6、因素，主要考虑工艺因素。影响热裂纹的工艺因素主要是熔合比、成形系数、冷却速度和焊缝拘束度。（１）熔合比的影响：熔深较大既熔合比较高时会使焊缝中的化学成份不均匀，导致热裂纹的出现，不过只在中、高碳钢及异种钢焊接时比较明显，因此判断熔合比的影响为次要因素。（２）成形系数的影响：成形系数是指焊缝宽度与焊缝实际厚度的正值，即Ф=B/H，其主要影响到焊缝枝晶的成长方向及其汇合面的偏析情况。当Ф值较低（Ф<1时）焊缝有较大的热裂纹倾向，当Ф值接进于7时热裂纹倾向小。成形系数与焊接参数有关：①平焊位时，成形系数Ф随电流增大而减小，随电压增大而增大；②焊接速度増

7、大，导致线能量减小时，焊缝截面减小，成形系数Ф也随之减小。①当线能量或焊接电流一定时，增大焊接速度会增大焊缝热裂倾向反之则能改善抗列性能。（１）冷却速度的影响冷却速度增大会导致变形速度增大，从而导致热裂纹。在低温环境下，这是热裂纹出现的主要因素。（２）焊缝拘束度的影响：在封头与筒体、封头与接管及筒体与接管的焊缝，是应力高度集中的位置，且装配间隙如不均匀，焊缝凝固时晶粒发生的应变量大于焊缝晶间塑性变形能力，从而导致热裂纹的出现。概括地讲：在高拘束度下，当环境温度降低时仍采用原来的焊接工艺参数，这样的参数在常温条件下是满足工艺要求的，当温度降的很低时

8、（0℃附近），其线能量就过大、熔池温度过高、焊接速度过快、冷却速度加快，焊缝收缩变形加快，从而促使热裂纹的产生。一、控制措施根据上述分析