鎳-鋼復(fù)合板壓力容器焊接裂紋的分析及改進(jìn)工藝研究

駱雪嬌

摘 要 鎳-鋼復(fù)合板在進(jìn)行焊接操作時(shí)，因兩種金屬材質(zhì)存在不同的焊接特性，容易出現(xiàn)焊接裂紋，影響焊接設(shè)備的正常使用。本文對(duì)該復(fù)合材料焊接過程中的裂紋產(chǎn)生原因及控制措施進(jìn)行分析，在焊接過程中采取有效的控制措施實(shí)現(xiàn)控制裂紋的目的。

關(guān)鍵詞 焊接裂紋;鎳-鋼復(fù)合板;分析改進(jìn)

引言

隨著化工企業(yè)工藝要求的不斷嚴(yán)苛，設(shè)備使用性能要求更高，一些材質(zhì)開始在化工設(shè)備中應(yīng)用。鎳金屬具備的優(yōu)點(diǎn)十分的明顯尤其是其耐腐蝕性，與其他材料相比，鎳-鋼復(fù)合板作為一種新型復(fù)合材料經(jīng)常在壓力容器中進(jìn)行應(yīng)用，雖然在當(dāng)前已經(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)其焊接工藝的評(píng)定還未出臺(tái)對(duì)應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)，因此焊接人員進(jìn)行焊接時(shí)還是依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行焊接操作，由于兩種金屬具有不同的焊接性能，熱膨脹系數(shù)存在差異性，容易出現(xiàn)焊接裂紋，導(dǎo)致設(shè)備焊接不達(dá)標(biāo)，對(duì)焊接中的裂紋進(jìn)行分析，并采取有效措施控制焊接中的裂紋產(chǎn)生十分關(guān)鍵。

1焊接方法概述

焊接方法的不同，對(duì)最終焊接質(zhì)量有直接的影響。

1.1 焊條電弧焊

電弧焊接方式利用焊條和焊接為電極，利用電極陰陽兩極之間產(chǎn)生的電弧熱進(jìn)行焊接，在焊接過程中，電弧熱能夠有效地融化焊接金屬和母體，隨著熱源的移動(dòng)，母體的不同位置進(jìn)行融化、冷卻形成焊縫。電弧焊接具有操作簡(jiǎn)單，投資少等優(yōu)勢(shì)，適用于不同位置的焊接。目前幾乎所有的金屬焊接均可以使用電弧焊接方式。另外，該焊接方式不受焊接位置和地點(diǎn)的約束，適用性強(qiáng)。

1.2 氬弧焊

氬弧焊接作為一種不同的電弧焊接方式主要采用的是惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，其中主要的優(yōu)勢(shì)就是提升了保護(hù)工作的效果，同時(shí)這種氣體作為一種惰性氣體不會(huì)與金屬產(chǎn)生反應(yīng)，同時(shí)在耐熱鋼以及不銹鋼等材料的焊接方面都有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)這種氣體是一種使用效果較好氣體，因此在一定程度上提升了焊接質(zhì)量。氬弧焊接還可以分成兩種形式，一種是鎢極氬弧焊，另外一種是熔化極氬弧焊，這兩種形式一種是將鎢棒作為電極，另外一種是將焊絲作為電極。

在焊接過程中，需要對(duì)焊接過程中的輸入熱量進(jìn)行著重控制，一般采用較小的焊條直徑、較低的層間溫度和小的焊接線能量，可以提升沖擊韌性。對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊接后的熱處理工作[1]。

2裂縫原因分析

某企業(yè)進(jìn)行水解反應(yīng)釜焊接時(shí)，80%以上的焊縫中出現(xiàn)裂紋，其中以沿晶界開裂的縱向裂紋為主，最長貫穿整條焊縫。該設(shè)備內(nèi)筒材質(zhì)是22+3mm厚的鎳-鋼復(fù)合板。下面針對(duì)此情況進(jìn)行原因分析，并提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，以更好地保證后續(xù)焊接的施工質(zhì)量。

這一批的設(shè)備主要的材質(zhì)使用的材料就是N6，這種材料的微觀結(jié)構(gòu)主要就是單奧氏體組織，這種組織具備較好的塑型特征，同時(shí)這種材料在由液態(tài)向固態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過程中能夠與一些元素形成一種結(jié)晶體，這種結(jié)晶體在通常情況下熔點(diǎn)都比較低。分析這些結(jié)晶體變成裂紋的主要原因一個(gè)是其種類可以分成不同形式的裂紋，一個(gè)是根據(jù)實(shí)際的情況這種裂紋的產(chǎn)生主要是在焊縫金屬的末期形成的，因此初步判斷這種裂紋的類型主要是兩種裂紋共存，一個(gè)是多變化的裂紋一個(gè)是高溫液化的裂紋，現(xiàn)階段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的兩種裂紋進(jìn)行分析，如下：

其中一處裂紋為縱向裂紋，斷口處沒有明顯的塑性變形，為高溫低塑性開裂特征，同時(shí)裂紋的出現(xiàn)時(shí)間為固相線以下的再結(jié)晶溫度區(qū)間，應(yīng)為多變化裂紋。該裂紋的形成原因是在高溫和應(yīng)力的雙重作用下，晶格的缺陷出現(xiàn)了位移，因焊接過程本身屬于不平衡的冶金過程，容易出現(xiàn)較多的空位等缺陷，這些晶格缺陷匯集、擴(kuò)大，最終形成了多變化裂紋。

另外一處裂紋出現(xiàn)在母材向焊縫突進(jìn)部分，屬于熔合線凹進(jìn)焊縫，出現(xiàn)過熱的情況，導(dǎo)致高溫液化裂紋的出現(xiàn)。產(chǎn)生高溫液化裂紋的主要原因是發(fā)生了晶間液膜，在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，在熱影響區(qū)和多層焊的層間出現(xiàn)了重熔，拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋[2]。

3工藝改進(jìn)試驗(yàn)

3.1 設(shè)計(jì)措施

（1）選擇合理的焊縫尺寸和焊接方法，不同的焊接方法對(duì)焊接質(zhì)量控制具有直接的關(guān)系。

（2）盡量控制減少焊接接縫的數(shù)量，從而保證焊接裂紋的較少發(fā)生。

（3）焊縫的位置盡量保證其在截面的中性軸位置上，確保不會(huì)出現(xiàn)裂紋出現(xiàn)。

3.2 施工措施

（1）焊接方法：為了更好地實(shí)現(xiàn)焊接過程中的熱量控制，可以選擇熱源相對(duì)集中的焊接方法（二氧化碳保護(hù)焊），按照合理的焊接工藝順序進(jìn)行焊接有助于控制焊接過程中的殘余應(yīng)力，一般需要遵循先對(duì)接，后角接。

（2）焊材的合理管理與選擇。為了保證焊接的質(zhì)量，需要對(duì)焊材進(jìn)行品質(zhì)控制，首先對(duì)來樣進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，篩選出不滿足要求的焊材。另外，焊材的存儲(chǔ)環(huán)境需要進(jìn)行控制，一般需要保證環(huán)境中的溫度在5℃以上，環(huán)境濕度不超過60%，否則需要進(jìn)行除濕。倉管人員需要每天定時(shí)檢測(cè)環(huán)境的溫度和濕度。焊條使用前，需要按照使用說明進(jìn)行烘干處理，烘干時(shí)升溫速度一般控制在每小時(shí)150℃以下，避免升溫速度過快對(duì)藥皮產(chǎn)生開裂影響。

（3）坡口加工通常情況下采用的一種切割形式就是等離子切割，這種形式不能將熔渣灑落在坡口等處。切割后采用相應(yīng)的設(shè)備如刮刀對(duì)坡口的邊緣毛刺進(jìn)行修正，確保斷面能夠平滑整齊，不會(huì)對(duì)其他的焊接工作造成影響，在坡口對(duì)接工作中需要保障簡(jiǎn)體的錯(cuò)邊量控制好，浮層的厚度需要保障在百分之三十以內(nèi)。

在進(jìn)行坡口預(yù)熱時(shí)，一般采用熱電偶加熱方式，當(dāng)熱電偶溫度達(dá)到規(guī)定要求后，需要保持幾分鐘，保證坡口位置能夠充分加熱。采用紅外探測(cè)坡口表面溫度，當(dāng)其達(dá)到規(guī)定溫度值后，方可停止預(yù)熱[3]。

4結(jié)束語

不同焊接方法直接影響焊接的質(zhì)量，對(duì)鎳-鋼復(fù)合板進(jìn)行焊接操作時(shí)要對(duì)焊接過程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行控制，采用合理的焊接預(yù)處理方法和焊接施工方法，有效避免裂紋的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 代付榮.鎳-鋼復(fù)合板復(fù)層裂紋開裂成因及解決方法[J].中國化工裝備，2019，21（1）：25-28，50.

[2] 張衛(wèi)剛，李媛媛，孫旭東，等.壓力容器用爆炸焊接304/SA-516Gr70復(fù)合板熱處理工藝研究[J].中國金屬通報(bào)，2018（5）：141-142.

[3] 王瑞奇.鎳基合金復(fù)合鋼板的焊接標(biāo)準(zhǔn)及焊接工藝探析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018，38（6）：13-14.