(廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000)

0 引言

在壓力容器生產(chǎn)領(lǐng)域使用較為廣泛的16mnR鋼板埋弧焊技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)焊接裂紋等現(xiàn)象。而焊接裂紋作為焊接工藝中的一項(xiàng)重要的缺陷，一旦在焊接中出現(xiàn)，會(huì)給后續(xù)的工序帶來較大的隱患，這就要求生產(chǎn)者在生產(chǎn)焊接的過程中，對(duì)焊接裂縫問題有足夠的認(rèn)識(shí)，并做好預(yù)防以及處理工作。本文將結(jié)合自身的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)16 mnR鋼板埋弧焊產(chǎn)生焊接裂紋這一問題進(jìn)行充分的論述，希望能為實(shí)際生產(chǎn)過程中的焊接質(zhì)量提升提供一定的幫助。

1 16 mnR鋼板埋弧焊焊接過程出現(xiàn)裂紋的性質(zhì)特點(diǎn)

16 mnR鋼板埋弧焊出現(xiàn)的裂紋一般存在于焊縫金屬上，出現(xiàn)與焊縫同一方向上的裂縫，在具體的表現(xiàn)上，焊縫波浪線與裂縫呈垂直狀態(tài)，而裂縫出現(xiàn)在焊縫表面后，呈現(xiàn)鋸齒狀，可以通過這些特征來對(duì)結(jié)晶裂紋進(jìn)行判斷，在16 mnR鋼板埋弧焊接的過程中，很少出現(xiàn)其他種類的裂紋，所以只要出現(xiàn)這種與焊縫垂直，并在表面呈鋸齒狀的裂紋，基本上都可以判斷為結(jié)晶裂紋。在結(jié)晶裂紋產(chǎn)生過程中我們對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)晶裂紋有基礎(chǔ)較為明顯的特征：①結(jié)晶裂紋往往出現(xiàn)在對(duì)16 mnR鋼板埋弧焊的第一道焊接中。②16 mnR鋼板內(nèi)部與焊劑中存在較多的碳元素以及其他易裂紋的金屬成分后，焊接出現(xiàn)結(jié)晶裂紋的幾率隨之增大，這就說明無(wú)論是鋼材還是焊劑，只要內(nèi)部存在著不利成分，都會(huì)對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生影響。③厚度較小的鋼板(<20 mm)容易在熄弧板環(huán)節(jié)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋；厚度較大的鋼板(>20 mm)無(wú)論是縱縫還是環(huán)縫，都會(huì)出現(xiàn)裂紋，并且呈現(xiàn)出不規(guī)則、無(wú)規(guī)律等現(xiàn)象。

2 16 mnR鋼板埋弧焊焊接出現(xiàn)裂縫的原因

2.1 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因

核心原因是結(jié)構(gòu)內(nèi)一些部位發(fā)生了一定程度的破壞。裂紋作為一種物理現(xiàn)象，在發(fā)生破壞的同時(shí)一定會(huì)存在力學(xué)上的反應(yīng)。所以我們可以對(duì)造成這種局部破壞力量的來源進(jìn)行分析，研究這種破壞力量的產(chǎn)生。

焊接是一種局部加熱的操作過程，也就是說把部分金屬進(jìn)行融化，再對(duì)液化后的金屬進(jìn)行對(duì)接，而在金屬液化結(jié)束后，逐漸地凝固放熱，從而把兩端的金屬進(jìn)行連接。這一過程伴隨著放熱和冷卻，眾所周知，焊接金屬在凝固的過程中會(huì)出現(xiàn)體積減小的問題，并且焊縫內(nèi)的金屬在逐漸冷卻凝固的過程中也會(huì)出現(xiàn)收縮狀態(tài)，所以在焊縫處的液化金屬與焊縫之外的金屬產(chǎn)生了應(yīng)力。焊縫開始結(jié)晶與凝固的過程中，拉應(yīng)力并不會(huì)立刻引起裂紋，此刻的金屬晶體逐漸生長(zhǎng)，且液態(tài)金屬尚有較好的流動(dòng)性，可以在焊縫內(nèi)流動(dòng)，從而填滿拉應(yīng)力已經(jīng)造成的裂縫和間隙。

隨著溫度的進(jìn)一步下降，兩側(cè)金屬柱狀晶體所產(chǎn)生的拉應(yīng)力不斷擴(kuò)大，而焊縫內(nèi)尚存低熔點(diǎn)、凝固晚的共晶體，這種共晶體逐漸被已經(jīng)形成的晶體推動(dòng)，所以在焊縫即將凝固時(shí)，低熔點(diǎn)共晶體還處于液態(tài)，此時(shí)焊接處已經(jīng)存在著較大的拉應(yīng)力，由于液態(tài)不存在強(qiáng)度，所以使晶粒之間不能充分地進(jìn)行結(jié)合。在這種應(yīng)力的干涉下，逐漸使柱狀晶體之間的空隙變大，由此產(chǎn)生了裂紋。所以從這一過程可以分析得出，如果不存在低熔點(diǎn)共晶體，晶粒之間可以比較牢靠地進(jìn)行結(jié)合，即便應(yīng)力存在，但由于晶粒之間的結(jié)合程度較高，也不會(huì)出現(xiàn)裂紋。所以焊接處的低熔點(diǎn)共晶體與拉應(yīng)力都是產(chǎn)生裂紋的主要原因。拉應(yīng)力在低熔點(diǎn)共晶體的作用下，從而產(chǎn)生了裂紋，也正是由于這種裂紋出現(xiàn)在焊縫結(jié)晶的過程中，所以被稱之為結(jié)晶裂紋。

2.2 產(chǎn)生裂紋的影響因素

2.2.1 焊接線產(chǎn)生的能量影響

在埋弧焊的操作過程中，對(duì)于焊接的熱輸出遠(yuǎn)超其他焊接方法，所以焊接線的能量大小對(duì)于焊縫成形起到了至關(guān)重要的作用，焊縫的成形對(duì)于后期焊縫內(nèi)部晶粒分布與受力情況存在著很大影響，所以焊縫成形直接影響到結(jié)晶裂紋是否產(chǎn)生，以及產(chǎn)生的程度如何。此外，焊縫在橫向上的收縮量相交間隙張開量較小，所以也會(huì)導(dǎo)致橫向拉伸力大于其他焊接方法。

2.2.2 焊縫的雜質(zhì)含量以及應(yīng)力

在焊縫結(jié)晶的過程中，低熔點(diǎn)結(jié)晶的主要來源就是焊縫中存在的雜質(zhì)，這種情況主要是因?yàn)榈腿埸c(diǎn)共晶物在結(jié)晶時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)移到晶界，從而出現(xiàn)液態(tài)薄膜，在凝固過程中，焊縫金屬由于收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力，但是液態(tài)薄膜不能承受應(yīng)力，最終產(chǎn)生裂紋。所以要避免熱裂紋的產(chǎn)生，首先就要對(duì)焊縫金屬內(nèi)雜質(zhì)的含量進(jìn)行控制，由此可以看出裂縫是焊接應(yīng)力與金屬雜質(zhì)的共同作用。

3 16 mnR鋼板埋弧焊焊接產(chǎn)生裂紋的應(yīng)對(duì)措施

3.1 減小焊接部位的應(yīng)力發(fā)生

1)控制好坡口形式。可以通過改變焊縫坡口的方式降低應(yīng)力發(fā)生的程度，所以在焊接中盡量選擇小坡口間隙。坡口間隙過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在焊縫由液化凝固時(shí)收縮變大，從而應(yīng)力隨之增大。在鋼板的劃線階段就要對(duì)板料的棱角度進(jìn)行控制，保證在板料的每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行控制，以免出現(xiàn)間隙變大等現(xiàn)象。

2)降低背面點(diǎn)固焊的長(zhǎng)度以及點(diǎn)數(shù)，從而降低坡口在橫向上的局部剛度，也可以產(chǎn)生降低焊接部位應(yīng)力的作用，但在焊接時(shí)，一定要注意不能出現(xiàn)燒穿等現(xiàn)象。

3)對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱。通過對(duì)焊件的預(yù)熱，也可以達(dá)到降低結(jié)晶裂紋出現(xiàn)的目的。加熱的作用主要在于保持焊接部位的溫度均勻，從而使焊縫兩側(cè)的溫差減小。當(dāng)溫差較小時(shí)，會(huì)獲得應(yīng)力減小的效果。一些環(huán)境溫度較低并且板材較厚的情況下，必須進(jìn)行加熱，減低內(nèi)外的溫差。

3.2 控制好焊縫金屬的化學(xué)成分

低熔點(diǎn)共晶體與應(yīng)力在裂紋問題上有著同樣的重要性，與焊縫內(nèi)部的成分有著緊密的關(guān)系，低熔點(diǎn)共晶體的出現(xiàn)與焊縫中的幾種元素直接相關(guān)。如硫以及磷是屬于對(duì)焊縫有害的成分，可以在焊縫的熔接過程中出現(xiàn)多種低熔點(diǎn)晶體。此外還有一些碳元素的影響，碳元素可以幫助焊縫技術(shù)提升淬硬性，所以也會(huì)導(dǎo)致焊縫內(nèi)部的應(yīng)力上升。此外，碳元素也容易在鋼中結(jié)合其他元素，形成低熔點(diǎn)共晶體。所以在焊接的過程中，要對(duì)焊縫中的金屬成分進(jìn)行有效的控制，降低有害成分的含量，可以從以下方面來進(jìn)行。①對(duì)金屬的母材進(jìn)行控制，一般壓力容器需要使用的16 mnR鋼板，要審查好質(zhì)量證明書，避免使用C/S/P等元素含量較高的鋼板，杜絕這種鋼板應(yīng)用于自動(dòng)埋弧焊。②對(duì)焊劑的成分進(jìn)行控制。焊縫對(duì)于焊劑的要求較高，生產(chǎn)中常常出現(xiàn)的焊劑S/P等超標(biāo)等現(xiàn)象，都會(huì)造成焊接出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，所以在使用焊劑之前，要對(duì)焊劑的質(zhì)量進(jìn)行審核，以免因?yàn)镾/P等元素的超標(biāo)產(chǎn)生焊接裂紋，從而影響質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)壓力容器的過程中，16 mnR鋼板埋弧焊的自動(dòng)焊有很大幾率出現(xiàn)熱裂紋，也就是結(jié)晶裂紋。結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的原因，主要是由于材料中的低熔點(diǎn)共晶體存在并與焊接拉應(yīng)力發(fā)生相互作用。所以低熔點(diǎn)共晶體與焊接拉應(yīng)力存在著各自的規(guī)律，互相之間又有著一定程度上的影響。結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)需要二者的共同參與，為避免這一問題的出現(xiàn)，就需要操作者對(duì)低熔點(diǎn)共晶體與焊接拉應(yīng)力進(jìn)行干涉，只有這樣才可以有效避免16 mnR鋼板埋弧焊在焊接過程中出現(xiàn)裂紋。