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浮头式换热器浮头盖焊接冷裂纹的消除点击：2045 日期：[ 2014-04-26 22:14:30 ] |
| 浮头式换热器浮头盖焊接冷裂纹的消除 王记兵 刘政军 曾谢波 尹奕君 沈阳工业大学材料科学与工程学院 (110023) 摘要:钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。对于低淬硬倾向的钢材，采用低氢型焊材，合理设计焊接结构，降低接头的拘束应力状态，通过合理的焊接工艺，可以消除浮头式换热器浮头盖焊接时出现的焊接冷裂纹。 关键词: 焊接冷裂纹 拘束度 结构设计 焊接坡口 0 前言 某单位在焊接一台浮头式换热器浮头盖时出现焊接裂纹，从裂纹部位和裂纹形态来看，初步断定为焊接冷裂纹。 焊接冷裂纹的产生主要有三大因素:钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态川。 该换热器浮头法兰采用的是16Mn锻制材料，浮头封头采用的是16MnR材料，都是压力容器常用的钢种，淬硬倾向都不大;焊接时采用的是J507焊条，也是压力容器常用的低氢型焊材，并且焊接时严格按照焊接工艺规程进行，焊缝中的含氢量得到了有效的控制，因此也可以排除氢的作用。从焊接接头的形式(见图 1)来看，只有拘束应力是造成焊接冷裂纹的主要因素。拘束应力分为内拘束应力(热应力和相变应力)和外拘束应力(结构刚度、焊接顺序、焊接情况等所造成的应力)两种。从图1可以看出，焊接时所产生的冷裂纹，是由这两种拘束应力共同作用造成的。法兰径向尺寸较厚，高度也很高，且浮头封头也较厚，由此决定了焊接接头的结构刚度较大。在焊接热应力(焊后冷却过程中焊缝及工件收缩的不一致)的作用下，使焊缝产生开裂。因此，要避免并消除这种接头的焊接冷裂纹，必须从两方面人手，即重新设计浮头盖的结构，降低焊接接头的结构刚度，同时采用合理的焊接顺序与焊接工艺，使之产生的热应力尽可能小，并增加消除应力热处理程序。 1 结构设计 图 1中所示，焊缝处于法兰高度方向的中部，正好是结构刚度最大的部位，要降低结构的刚度，只有将浮头封头上移，如图2所示。 资料表明 〔2]，同种钢材和同样板厚，由于接头的坡口形式不同，即使拘束度相同，也会产生不同的拘束应力。由图3可以看出，当拘束度R二20 kN/ ( mm)时，拘束应力按下列顺序增加:正Y形，X形，斜Y形，K形，半V形。图1所示焊接坡口为K形坡口，因此要想更好的减小焊接拘束度，还应改变焊接坡口形式(见图2)。改为半U形坡口目的是为了减小焊接热输人量，同时又能降低施焊人员的劳动强度。 2 焊接过程 2.1 焊前准备 由于两个工件的厚度较厚，因此在焊接前应增加预热处理〔’〕，将工件点焊组装后整体预热至120一130℃，然后再施焊，焊条380℃x1.5 h烘干。焊前清理坡口两侧的油、锈等杂物。 2.2 焊接过程 焊接顺序如图4所示，焊接工艺参数见表t。 焊接时应严格控制焊接热输人，热输人过大，会引起热影响区过热，使晶粒粗大，会降低接头的抗裂性能。热输人过小，不利于焊缝中氢的逸出，也增加焊缝的冷裂倾向。施焊时先焊外侧第1一10层，内侧气刨清根后焊第11一14层，然后再焊外侧第15一16层，当不能满足焊角K值的要求时，可适当增加焊接层数。采用双面交替多道焊的目的是不至于使工件在焊接过程中产生较大的焊接变形，致使焊接应力增加，增大接头的冷裂倾向。 焊后整体缓冷 应该注意的是，层间温度应控制在150℃以下，但不能低于预热温度120一130 9C，其目的是为了降低母材与焊缝的温度梯度，使之在冷却过程中不至于产生较大的应力。由于焊接量较大，当焊接不能一次完成时，应整体缓冷至室温，继续焊接前重新预热至120-130℃，然后再施焊。焊后进行整体消除应力热处理，620℃，保温2h。 3 结论 厚板在焊接过程中，由于母材本身较厚，如果结构设计不合理，焊接工艺不正确，焊接时拘束度会更大，势必产生焊接冷裂纹。如果焊接时不注意氢的影响，还将产生氢致延迟裂纹，导致严重后果。按照上述方法焊接的浮头式换热器浮头盖，没有焊接裂纹，圆满地完成了焊接任务。 参考文献 1.周振丰，张文钱.焊接冶金与金属焊接性【M].北京:机械工业出版社，1987. 212 -244. 2.张文钱，杜则裕，候文考.用平板刚性拘束试验测定焊接冷裂纹敏感性的研究仁J].天津大学学报，1985(2):5一9. 3.侯文考.焊接拘束应力与局部预热的研究〔D].天津:天津大学，1990. 49一52. |
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