一、概述
??????? 在壓力容器制造中,當采用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時,經常會在縱焊縫的端部或靠近端部處產生裂紋(以下簡稱終端裂紋)。對此問題已有不少人進行了研究,認為產生終端裂紋的主要原因是當焊接電弧接近縱焊縫終端時,焊縫在沿軸向膨脹變形的同時,還伴隨有垂直軸向方向的橫向張開變形;而筒體在卷制及制作裝配過程中也存在著冷作硬化應力和組裝應力;在焊接過程中,因終端定位焊縫及引弧板的拘束作用,在焊縫終端產生較大的拉伸應力;當電弧移動到終端定位焊縫和引弧板上時,由于該部位受熱膨脹變形,使焊縫終端的橫向拉伸應力得到松弛,拘束力減小,便使焊縫終端剛剛凝固的焊縫金屬受到較大的拉應力而形成終端裂紋。??? 根據上述原因分析提出了兩項解決的對策:一是增加引弧板的寬度以增加其拘束力;二是采用開槽的彈性拘束引弧板。但是我們在實踐中采取上述對策后,問題還是沒有得到有效解決:如雖然采用了彈性拘束引弧板,但仍然會產生縱焊縫的終端裂紋,且在焊接厚度較小,鋼性較小而經強制裝配的筒體時也常有終端裂紋發生等;然而,當在筒體縱焊縫的延長部位帶有產品試板時,雖然定位焊等情況與未帶產品試板時相同,卻很少產生縱縫產生終端裂紋。經過反復試驗和分析,我們認為縱縫終端裂紋的產生,雖然與終端焊縫處不可避免地存在著較大的拉伸應力有關,同時還與其他幾個極為重要的原因有關。
??? 二、終端級故產生的旅因分析
??? 1. 終端焊縫部位溫度場的變化
??????? 埋弧焊焊接時,當焊接熱源靠近縱焊縫的終端部位時,焊縫端部正常的溫度場將發生變化,越靠近終端其變化越大。因為引弧板的尺寸遠比筒體小,其熱容量也小得多,而引弧板與筒體之間只靠定位焊連接,故可視為大部分不連續。所以終端焊縫部位的傳熱條件是很差的,致使該部位局部溫度升高,熔池形狀發生變化,熔深也將隨之變大,同時熔池在高溫下停留的時間也變長,熔池凝固的速度變慢,尤其當引弧板尺寸過小,引弧板與筒體之間的定位焊縫過短、過薄時更為顯著。
??? 2.焊接熱輸入量的影晌
??????? 由于埋弧焊所采用的焊接熱輸人量往往比其他焊接方法要大得多,因而熔深大,熔敷金屬量大,且有焊劑層的覆蓋,所以熔池大,熔池凝固的速度和焊縫冷卻速度都比其他焊接方法要慢,致使晶粒較粗大,偏析較嚴重,這些都為熱裂紋的產生創造了極為有利的條件。另外,且焊縫的橫向收縮量遠比間隙的張開量要小,使終端部位的橫向拉伸力比其他焊接方法要大。這對開坡口的中厚板和不開坡口的較薄板尤為顯著。
??? 3. 其他情況
?????? 如存在強制裝配,裝配質量不符合要求,母材中的S、P等雜質的含量偏高及偏析,也都會導致裂紋的產生。
??? 三、終端裂紋的性質
??????? 終端裂紋按其性質屬于熱裂紋,而熱裂紋按其形成的階段又可分為結晶裂紋和亞固相裂紋。雖然終端裂紋形成的部位有時為終端、有時為距終端附近地區105 m m范圍內,有時為表面裂紋,有時為內部裂紋,而大多數情況是發生在終端附近的內部裂紋。由此可見,終端裂紋的性質基本上屬于亞固相裂紋,也即在焊縫終端尚處于液態時,在靠近終端附近的熔池雖已凝固,但仍處于稍低于固相線以下的高溫零強度狀態,在終端復雜的焊接應力(主要為拉伸應力)的作用下產生裂紋,而靠近表面的焊縫表層因易于散熱,溫度相對較低,并已具有一定強度且塑性極好,故終端裂紋往往存在于焊縫內部而不能用肉眼發現。