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大口徑水管線終端裂紋原因及預防

徐志勇大慶油田工程建設公司建材公司

埋弧焊縱縫終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于該部位存在著較大的拉伸應力和特殊的溫度場，裂紋是二者共同作用的結(jié)果。采取減少筒體縱縫應力，適當?shù)丶哟笠“宄叽?，加強定位焊的質(zhì)量控制，嚴格控制焊接熱輸入量，提高筒體滾制質(zhì)量及焊縫的形狀等措施，能有效防止埋弧焊終端裂紋的產(chǎn)生。

埋弧焊；終端裂紋；縱縫應力；措施

1 原因分析

（1）終端焊縫部位溫度場的變化。采用埋弧焊焊接時，當焊接熱源靠近縱焊縫終端部位時，焊縫端部正常的溫度場將發(fā)生變化，越靠近終端其變化越大。由于引弧板的尺寸遠比筒體小，其熱容量也小，而引弧板與筒體之間只靠定位焊連接，因此終端焊縫部位的傳熱條件差，致使該部位局部溫度升高，熔池形狀發(fā)生變化，熔深也隨之變大；同時熔池在高溫下的停留時間變長，熔池凝固的速度變慢。

（2）焊接熱輸入量的影響。由于埋弧焊的焊接熱輸入量大，因而熔深大，熔敷金屬量大，并且有焊劑層的覆蓋，所以熔池大，熔池凝固速度和焊縫冷卻速度都比其他焊接方法慢，致使晶粒較粗大，偏析較嚴重，為熱裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了極為有利的條件。

（3）應力的影響。在筒體預制中，采用埋弧焊焊接筒體縱焊縫時，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；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(chǎn)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，焊縫終端的橫向拉伸應力得到松弛，拘束力減小，使得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。

2 預防措施

（1）適當?shù)丶哟笠“宓某叽?。引弧板必須有足夠的尺寸，厚度宜與焊件相同，尺寸應視焊件的大小及鋼板的厚度而定。對于一般的筒體，建議其長度和寬度最好不小于100mm。

（2）重視引弧板的裝配及定位焊。引弧板與筒體之間的定位焊必須有足夠的長度和厚度，一般來說定位焊縫的長度和厚度以不小于引弧板寬度和厚度的80%為宜，且要求為連續(xù)焊，不能簡單地點焊。在縱縫兩側(cè)，對中厚板，應保證有足夠的焊縫厚度，必要時應開一定的坡口。

（3）重視筒體縱縫的定位焊。在筒體卷圓后定位焊時，筒體的定位焊應從中央往兩端施焊，每段焊縫長度不小于50mm，焊50mm斷500mm。為進一步增加縱縫端部的拘束力，在縱縫終端部位的定位焊縫長度應不小于100mm，并應有足夠的焊縫厚度，且不得有裂紋、未熔合等缺陷。

（4）嚴格控制焊接熱輸入量。筒體焊接過程中必須嚴格控制焊接熱輸入量，這不僅是因焊接接頭力學性能的需要，而且對防止裂紋的產(chǎn)生有著十分重要的作用。埋弧焊焊接電流的大小對終端裂紋的敏感性有很大的影響，因為焊接電流的大小與溫度場和焊接熱輸入量有直接關(guān)系。

（5）嚴格控制熔池形狀及焊縫成形系數(shù)。埋弧焊焊縫熔池形狀及成形系數(shù)與產(chǎn)生焊接裂紋的敏感性有著密切的關(guān)系，因此應嚴格控制熔池的大小、形狀及焊縫的成形系數(shù)。

（6）減少縱縫應力。筒體滾制時若壓頭和滾筒參數(shù)不合理造成棱角度、圓度、錯邊量和間隙組對超標，或縱縫定位焊縫短而少時，將增加縱縫應力，從而增加端部裂紋的機會。為了避免出現(xiàn)端部裂紋應采用合理的壓頭和滾筒參數(shù)，輔以錘擊或加熱法消除組對應力，避免強力組對，從而減少縱縫應力。

3 結(jié)論

采用埋弧焊焊接筒體縱縫時產(chǎn)生縱縫終端裂紋是較為常見的，尤其是小直徑筒體縱縫終端裂紋更為常見。通過試驗與分析可知，埋弧焊縱縫終端裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于該部位存在著較大的拉伸應力和特殊的溫度場，裂紋是二者共同作用的結(jié)果。采取減少筒體縱縫應力，適當?shù)丶哟笠“宄叽?，加強定位焊的質(zhì)量控制，嚴格控制焊接熱輸入量，提高筒體滾制質(zhì)量及焊縫的形狀等措施，能有效防止埋弧焊終端裂紋的產(chǎn)生。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.078