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! x# G8 E/ N6 f7 r) T( p焊接裂纹产生原因, B# q! X3 k' M% q) m1 i! f0 ]
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形成焊接裂纹的原因是多方面的，但可以归纳为力学因素和冶金因素两方面。
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) Z' K/ h- P" h. a' \) M3.1 力学因素
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5 i" [+ u, F7 D( D: Z: L; L6 t2 e 导致裂纹产生的力学因素主要为拘束应力。压力钢管焊接时采用多层多道焊，焊接第一层焊缝时，由于焊缝截面远小于构件的截面，因此拘束应力和拘束变形将集中在截面比母材
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小很多并且变形相对容易的焊接区内，造成第一道焊缝的焊接区是最容易出现裂纹的区域。拘束度越大，焊接区域承受的拘束应力和应变越大，造成焊接裂纹的危险性也越大。焊缝在压缝完成后，特别工地环缝不可避免地会产生拘束度偏大，从而致使点焊区域承受的拘束应力和应变偏大。焊接时，由于焊接区域的温度升高，点焊区域拘束应力得以释放，易造成裂纹的产生。有时钢管丁字接头部位容易产生裂纹就是因应力过分集中造成。' T5 V/ Z+ E- Q0 H, P' U
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3.2 冶金因素/ h# ~3 N& L* n9 m* p
8 T! R2 j; m5 I( B0 N9 d3.2.1 冶炼杂质对高温脆性区的影响# ^- C/ q, b# _. M
5 r, O8 V9 G2 I2 H 钢中的杂质元素如C、S、P、B会明显地扩大高温脆性区的温度范围。60kgf/mm2钢种是一种含C、S、P量很低的Cr-Mo-V系合金钢。Mn含量较高，约为1.20％～1.60％，可以减小高温脆性区，因而60kgf/mm2钢是一种可以减小高温脆性区的钢种。
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( Z8 M' g. |$ `3.2.2 钢的淬硬致脆倾向; b* M$ Q$ w9 D; C+ g$ l
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60kgf/mm2钢种碳当量Ceq=0.35％，裂纹敏感系数Pcm=0.185％，钢的淬硬致脆倾向不明显，是一种焊接性及抗裂性良好的钢种。& l2 h/ b7 ]0 [; l
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3.2.3 钢中氢的致脆8 P- B3 H. } ~* H
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氢是焊接冶金过程残留在钢中的气体杂质。由于钢中残留的氢使钢的塑性恶化而形成氢脆。" x7 V& u; u; l/ I; ?/ C" I+ Z' a9 l
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3.2.4 焊接粗晶区晶界的弱化7 ]$ @ W# V* `. ^# @
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由于合金结晶过程的选择作用和相临晶粒间的相位不同，使得晶界总是含有比晶粒内部多得多的杂质和缺陷：而且由于晶界很薄，因而晶界的变形能力总是远低于晶粒本身的变形能力。在正常受力下，晶粒本身承担厂主要的塑性变形，保证了合金的塑性和强度。但NK HITEN610U2钢种因含有Cr、Mo、V等成分，Cr、Mo、V元素属于强碳化物及强氮化物形成元素，它们将会使晶界弱化或相对弱化。经计算，经验公式Psr=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V-2，Psr<0，因而该材料不易发生晶界断裂。
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4 焊接裂纹的防止措施
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根据形成裂纹的因素，为了防止裂纹的产生，需从结构设计、材料选择以及施工工艺三方面进行控制。
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, I* v, P6 B3 e; i# ]4.1 结构设计- N) G% H. H/ T/ I' d
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因压力钢管的设计是比较成熟的设计模式，它的设计有国家规范为依据，焊缝的布置是合理的。' b2 v8 `6 c* \; J
7 w% s" c# n$ Q6 A( w4.2 材料选择
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Y1 X- }: \9 p6 {! \7 q4.2.1钢管母材的选择3 G4 v) h; y6 O. N& y4 Y
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钢管母材选用日本生产的610U2及610F调质高强钢板，这是一种含C、S量很低的Cr Mo V系合金钢，有着优良的综合力学性能，抗拉强度≥610MPa，低温韧性vE 40≥330J(2mmv形缺口冲击试验)，脆性断面转变温度vTs=-36℃。而碳当量Ceq=0.35％，裂纹敏感性指数Pcm=0.185％，当焊接热输入量为17kJ/cm时，热影响区的最高硬度HVmax≤300，这是一种具有很好的焊接性和抗裂性的钢种。该钢的化学成分见表1，力学性能见表2。- t9 V6 n* U! \' t; p% {
7 ~3 k+ R6 X1 ]" D- T7 Q9 @+ G" @表1 610U2及610F钢化学成分(％)5 `, c4 @* H1 _, k0 ?/ I3 I7 O) C4 ]5 T+ @
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4.2.2 焊材的选择
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因工期较紧，在施工初期进行工艺评定选择焊材时，仅进行了手工电弧焊的焊接工艺评定。评定合格后，选定了两种高强钢焊条：宜昌猴王焊条厂生产的MK．J607RH焊条及四川自贡大西洋焊条厂生产的CHE62CHJt焊条。这两种焊条熔敷金属化学成分及力学性能如表3、表4。$ d% ~& a1 ? i, D C: T0 M8 P
; O3 ]9 N! O8 [5 x表3 焊条熔敷金属化学成分(％). K" a' [ x4 x8 |+ e @3 w
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表4 焊条熔敷金属力学性能
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这两种焊条均为超低氢性焊条，扩散氢含量很低，MK．J607RH焊条扩散氢含量Hmax=1.28ml／100g，CHE62CFLH焊条扩散氢含量Hmax=2.29ml／100g，远低于国标规定的4ml／100g的标准。由这两种焊条进行的高强钢的焊接工艺经评定是合格的。焊缝的化学成分基本与母材相一致，焊缝的机械性能不低于母材，热影响区的维氏硬度不大于300，证明此焊材与母材是相匹配的。* _% H7 q* Y+ q. T
1 H8 N* b; i! a) W) N4 s4.3 施工工艺( [8 I ^5 ?& h l$ m2 V
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要防止焊接裂纹的产生，必须严格施工工艺，加强钢管制安过程的控制，使钢管从制作开始到安装验收完成都处于受控状态。
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4.3.1 加强钢管制安过程控制
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(1)严格按引水压力钢管制作规范制作管节，必须保证出厂管节的管口平面度及椭圆度符合规范要求，防止偏心管节的出厂。偏心管节的检查通过测量管节四轴线弦长差可得。) g- t% E' e& t: _) c
- x- \& r* `, q8 q z6 c: Q7 J (2)工地环缝压缝时，保持环缝组对间隙基本一致，避免局部区域压缝内应力偏大。5 [) |" \( @! D9 `) `- H4 W
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(3)控制环缝焊接顺序。环缝焊接时，必须采用8名或10名焊工对称分段退步焊，要求对称部位的焊工焊接参数基本一致。! e3 B8 L4 T1 l$ F' n
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4.3.2 加强钢管焊接过程控制% V# a, _! U* ?2 t/ w0 }4 u, }
+ w, v9 r! h3 p I3 Q (1)严格高强钢焊条烘烤及领用制度，严格清除环缝坡口及两侧30mm范围内铁锈、油污等杂质。0 L% d3 Q: c E& ?) p
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(2)因工地湿度大、温度高，当焊接环境水蒸气分压高于25mmHg柱时，应选择高于规定预热温度20℃～30℃进行预热。% A. g( r1 T k2 P
# |1 p- M' L6 C( j! ]" O# B (3)高强钢的焊接，不论是δ=34mm，还是δ=60mm，尽量保证焊前预热50℃，必须保证层温不低于预热温度，且不超过230℃。尤其对于δ=60mm高强钢焊缝，必须保证预热温度为50℃～100℃。
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(4)δ=34mm、60mm强钢焊缝焊后必须进行焊后消氢处理，加热温度150℃～200℃，保温1h。其中δ=60mm高强钢焊缝必须进行消应处理，使消应后的焊缝内应力小于钢材屈服强度的一半。
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以上几方面均能降低接头冷却速度防止其产生淬硬组织，从而避免产生延迟裂纹，保证焊缝内部质量。: }2 u8 d# g7 Q F
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5 结论9 G; X# F7 l$ g
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通过介绍焊接裂纹分类及分析焊接裂纹产生机理，根据三峡工程的实际情况，得出以下结论：要保证焊缝质量，避免高强钢焊缝产生焊接裂纹，必须严格施工工艺，加强钢管制安过程的控制，使钢管从制作开始到安装验收完全处于质量受控状态。6 z' Y y0 k: p/ F) U9 {
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发表于 2007-1-19 21:14:17
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