滾筒體開裂焊縫失效分析

安文惠

（中石化機(jī)械工程公司第四機(jī)械廠 湖北 荊州 434024）

引言

滾筒體是修井機(jī)提升系統(tǒng)的重要受力部件，我廠修井機(jī)在整機(jī)穿大繩時(shí)，發(fā)現(xiàn)滾筒體繩槽板槽邊和槽板焊接處有兩道長分別為540mm和420mm的裂紋。隨后對(duì)所有同批次車載修井機(jī)滾筒體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)六臺(tái)滾筒體繩槽板存在同樣位置的不同程度的裂紋問題?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)裂紋后，我們對(duì)裂紋位置進(jìn)行了測(cè)量。開裂位置距離槽邊大概50mm，查圖紙后發(fā)現(xiàn)這個(gè)位置是焊縫位置，排除了母材開裂的可能性，確定裂縫為焊縫位置。

1 發(fā)現(xiàn)問題

經(jīng)對(duì)開裂部位進(jìn)行了深度打磨，發(fā)現(xiàn)其局部有整條金屬可以揭下，且揭下來的金屬背面有魚鱗狀波紋，局部有條狀?yuàn)A渣，進(jìn)一步確定了開裂部位是焊縫。開裂部位磨開后，裂縫處有銹，說明此裂縫很早就已經(jīng)存在。

2 失效分析

（1）材料分析

圖紙筒體材料ZG270-500，槽邊35#，取樣進(jìn)行材料成分分析，ZG270-500成分分析結(jié)果符合GB/T 7659-2010《焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件》要求，35#符合國標(biāo)GB699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》國家標(biāo)準(zhǔn)要求。因此原材料化學(xué)成分合格，與此次焊縫開裂沒有直接關(guān)系。

（2）焊接工藝評(píng)定

滾筒體焊接采用的是龍門自動(dòng)焊接設(shè)備，采用MAG實(shí)心焊絲氣體保護(hù)自動(dòng)焊，焊絲選用直徑1.2mm的CHW-50C6，保護(hù)氣體為20%CO2+80%Ar,焊前預(yù)熱100℃，焊接工藝評(píng)定選用的是60°V型坡口，焊接工藝評(píng)定按ASME IX執(zhí)行。電流范圍164-314A，電壓范圍：21-35V,焊接速度：≥8.2cm/min,熱輸入：≤36J，兩個(gè)拉伸試樣抗拉強(qiáng)度分別為525MPa,535MPa,高于母材最低抗拉強(qiáng)度500MPa的要求,力學(xué)性能合格。四個(gè)側(cè)彎試樣合格。焊接工藝按ASME IX評(píng)定合格,和焊縫開裂沒有直接關(guān)系。

a) 接頭設(shè)計(jì),槽板設(shè)計(jì)坡口為50°單邊V型坡口（見圖一），坡口不對(duì)稱，直邊不容易熔透，焊接時(shí)采用自動(dòng)焊，坡口形式不利于焊槍對(duì)正焊縫。需要人工每道焊縫調(diào)整焊槍角度。ASME IX標(biāo)準(zhǔn)中坡口形狀是非重要變素，60°V型坡口焊接工藝評(píng)定可以用于50°單邊V型坡口，但是現(xiàn)場(chǎng)操作與評(píng)定細(xì)節(jié)有一定的差異。如果操作不恰當(dāng)，有可能造成未熔合。

圖1

b) 實(shí)際操作觀察實(shí)際焊接過程，焊接采用自動(dòng)焊，焊縫是單邊V型50度不對(duì)稱坡口，需要每層調(diào)整焊槍角度，但是焊工從打底到蓋面，沒有調(diào)整過焊絲角度，打底層的焊槍角度不適用于蓋面層，焊縫金屬只是從側(cè)面流淌到前道焊縫上面，和前道焊縫沒有完全熔合。

（3）開裂原因

裂紋是現(xiàn)場(chǎng)操作不當(dāng)造成的焊縫未熔合、夾渣。原因如下：

a)焊前預(yù)處理不到位，沒有清理坡口兩側(cè)的污物、氧化皮；焊接坡口油污、殘留機(jī)加工冷卻液、氧化皮污染焊縫金屬，使焊縫形成夾渣。

b)預(yù)熱過程控制不到位，沒有進(jìn)行層間處理。

c)不對(duì)稱坡口焊縫需要在焊接過程中調(diào)整焊槍角度，焊槍角度不合適容易造成焊偏，鋼水從側(cè)面流到底部，形成未熔合、分層。

d)滾筒體焊接完冷卻至室溫后24小時(shí)就對(duì)焊縫表面進(jìn)行目檢及磁粉探傷，但是焊縫表面蓋面層會(huì)在隨后的機(jī)加工工序被車掉。焊縫表層被車掉，焊縫內(nèi)部層間未熔合缺陷才暴露出來，以前的產(chǎn)品精加工后焊縫部位沒有再進(jìn)行表面磁粉探傷，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫層間未熔合缺陷。導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題流入到最后工序。

3 改善措施

(1)單邊V型坡口是非對(duì)稱坡口，不利于自動(dòng)焊接，更改為V型60度坡口后產(chǎn)品焊接質(zhì)量更穩(wěn)定。

(2)增加焊前清理及預(yù)熱過程監(jiān)控。

(3)焊縫磁粉探傷工序放到產(chǎn)品精加工之后。

4 結(jié)論

產(chǎn)品因現(xiàn)場(chǎng)焊接操作失誤，造成焊縫層間未熔合，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整工序，加強(qiáng)過程控制后，產(chǎn)品再?zèng)]有出現(xiàn)過開裂現(xiàn)象。