低合金埋弧焊焊縫缺陷防止就這么簡(jiǎn)單

1. 接管與筒體對接焊工藝

某核電項目主設備接管與筒體材料為低合金鋼SA508Gr3CL2鍛件，筒體直徑約為6.4m，接管直徑約為1.2m，厚度均為140mm。對接接頭采用雙面U形坡口埋弧焊，焊接順序為先進(jìn)行外壁埋弧焊，再內壁清根，然后內壁埋弧焊。

焊接設備采用ESAB LAF 1600DC/125—ES1—300，埋弧焊絲/焊劑組合采用F9P4—EM2—M2類(lèi)型，焊絲直徑為4.0mm，牌號為L(cháng)incoln weld LA—100，焊劑牌號為MIL 800—H。焊接過(guò)程中打底層、填充層與蓋面層的焊接電流均為500~600A，電弧電壓為28~34V，焊接速度為400~500mm/min。焊前預熱溫度至少150℃，焊后去氫處理溫度至少300℃，時(shí)間至少4h，焊后和熱處理后均進(jìn)行100%MT、100%UT和100%RT檢測。

在焊接領(lǐng)域，埋弧焊是相對其他自動(dòng)焊技術(shù)比較成熟的技術(shù)，在造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機械、冶金機械制造業(yè)、海洋結構和核電設備中應用**為廣泛。雖然埋弧焊接技術(shù)比較成熟，但大厚度、大直徑的接管與筒體對接焊，如果埋弧焊接工藝控制不好，也會(huì )出現氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

2. 對接焊縫缺陷及原因分析

接管與筒體接頭焊后進(jìn)行的MT、UT和RT檢測未發(fā)現缺陷，而熱處理MT檢測發(fā)現缺陷，在接管與筒體焊縫內壁熔合線(xiàn)區域有多處線(xiàn)性顯示，長(cháng)度均在20~30mm。對其中某個(gè)MT顯示區域進(jìn)行PT檢測，檢查發(fā)現線(xiàn)狀顯示，PT與MT顯示位置基本重合。對PT顯示區域進(jìn)行現場(chǎng)金相觀(guān)察，在拋光腐蝕后可肉眼觀(guān)察到位于焊縫熔合線(xiàn)處有細長(cháng)裂紋存在，長(cháng)度約20mm。對裂紋進(jìn)行金相觀(guān)察，通過(guò)顯微鏡發(fā)現裂紋位于焊縫熔合線(xiàn)上，裂紋細長(cháng)，如圖1所示。

圖1?現場(chǎng)金相

對現場(chǎng)金相觀(guān)測區域進(jìn)行維氏硬度測試：硬度測試結果顯示，在焊縫中心線(xiàn)區域，硬度為258~302HV；在焊縫中心線(xiàn)至熔合線(xiàn)之間，硬度為220~280HV；在缺陷位置處的硬度為359~456HV。 選取其中一處MT顯示進(jìn)行拋磨，每拋磨1mm后立即進(jìn)行MT檢測，拋磨深度為3mm時(shí)，MT合格，缺陷顯示消失，表明該缺陷位于接頭近表層。根據以上結果，可判斷該缺陷屬于焊腳裂紋。?

焊腳裂紋屬于冷裂紋中延遲裂紋的一種，這類(lèi)裂紋有可能在焊后立即出現，也有可能在焊后延遲出現。延遲裂紋的出現與焊縫金屬中的氫含量、焊接接頭所承受的拉應力、由鋼材淬硬傾向決定的金屬的塑性?xún)涞热齻€(gè)因素的交互作用有關(guān)。焊接應力是產(chǎn)生焊接裂紋的根本原因，由于接管與筒體焊縫結構的特殊性，接管內壁為典型的高拉應力集中區，更容易產(chǎn)生焊腳裂紋。?

接管與筒體焊縫采用的預熱方式為火焰局部加熱，且加熱過(guò)程中火炬僅對接頭焊縫進(jìn)行了整圈加熱，加熱面積不足，加熱區溫度高，非加熱區溫度低，溫度梯度大，易產(chǎn)生較大焊接拘束應力。焊接結束后，采用火焰加熱進(jìn)行后熱，保溫時(shí)間如果不充足，擴散氫不能夠充分逸出，繼而埋下產(chǎn)生延遲裂紋的隱患?？梢?jiàn)加熱面積小，溫度梯度大也容易造成焊腳裂紋出現。

在整個(gè)接頭的焊接過(guò)程中，實(shí)際施焊的焊接電流為592A，接近實(shí)際焊接工藝規程中要求的焊接電流上限600A，造成蓋面層焊接熱輸入量過(guò)大。從圖2產(chǎn)品接頭焊縫照片中可以看出焊道較寬，焊道排布數量減少，造成近表層熔合線(xiàn)附近區域晶粒粗大。?

圖2 ?接管與筒體接頭焊縫內壁蓋面層照片

3. 防止措施

根據以上的缺陷定性及原因分析，接管與筒體對接焊縫熱處理后產(chǎn)生的焊腳裂紋主要原因為接頭厚度大、焊接時(shí)應力較大，加熱不均勻，以及蓋面層焊接時(shí)熱輸入量較大。?

對于大厚度接管與大厚度筒體對接的焊接結構，應從以下幾個(gè)方面加強工藝過(guò)程控制，以獲得滿(mǎn)意的焊接接頭質(zhì)量。

（1）增加預熱溫度，由原來(lái)的至少150℃提高為至少175℃，防止過(guò)冷度較大，而導致近縫區母材淬硬傾向大。提高后熱溫度區間，由250~350℃提高至350~400℃，以減緩冷卻速度。 ?

（2）預熱和后熱時(shí)，擴大焊縫兩側的加熱范圍并均勻布置加熱源，布置足夠的保溫材料，以減緩溫度梯度。?

（3）焊接過(guò)程中，控制熱輸入量，防止近縫區母材晶粒過(guò)于粗大，增強晶間結合力。焊后及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理，消除應力。焊接過(guò)程中，控制熱輸入量，減少局部應力過(guò)大。?

（4）對接焊過(guò)程中，區分打底層、填充層與蓋面層的焊接參數，降低蓋面層的焊接熱輸入量。接頭**后幾層焊接時(shí)，采用低熱輸入量焊接，減少焊道寬度，增加排道數量，以減少應力集中，減輕焊接熱影響區過(guò)熱區的晶粒粗大，焊接電流采用500~550A。**終焊道采用退火焊道排道方法，以減少試件焊接完成后因未能及時(shí)進(jìn)行中間熱處理或者**終熱處理而導致在焊腳處出現裂紋的幾率。蓋面層焊完后，立即修磨兩側與母材搭接的焊腳區域，去除成形不良處，拋磨平滑過(guò)渡。

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4. 結語(yǔ)

對于直徑和厚度較大的接管與筒體，使用埋弧焊接工藝進(jìn)行對接焊時(shí)，為預防焊腳裂紋出現，應適當增加預熱溫度和后熱去氫溫度，以及增加保溫面積，減少溫度梯度。焊接過(guò)程中，應控制熱輸入量，避免局部應力過(guò)大。打底層、填充層與蓋面層的焊接參數應予區分，蓋面層焊接時(shí)應采用小熱輸入量的焊接參數，并采用退火焊道法進(jìn)行焊接。

采取防止工藝措施后，接管與筒體接頭焊后和熱處理后進(jìn)行的100%MT、100%UT和100%RT檢測均合格，有效地避免了焊腳裂紋的產(chǎn)生。

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