韓玉改　劉寶劍　孫靖東　李二興

摘要：針對(duì)超厚爆炸復(fù)合板在卷制過程中覆層產(chǎn)生裂紋的情況，通過對(duì)復(fù)合板試樣進(jìn)行金相觀察，確定裂紋源產(chǎn)生于復(fù)合板結(jié)合面。通過微觀金相及硬度分析，復(fù)合板覆層產(chǎn)生裂紋的原因主要是復(fù)合板爆炸焊參數(shù)設(shè)計(jì)不佳，其結(jié)合面強(qiáng)度、韌性均較低，并且超厚板材在復(fù)合后的校平過程中校平次數(shù)增多、壓力增大，導(dǎo)致復(fù)合板結(jié)合面覆層側(cè)存在尺寸較大的裂紋、空洞缺陷，且缺陷較為集中，裂紋向多方向擴(kuò)展。另外，復(fù)合板經(jīng)爆炸復(fù)合后熱處理參數(shù)設(shè)計(jì)不佳，導(dǎo)致復(fù)合板結(jié)合面覆層硬度值遠(yuǎn)高于基層和覆層處硬度值。

關(guān)鍵詞：超厚復(fù)合板;結(jié)合面;爆炸焊;裂紋;覆層

中圖分類號(hào)：TG456文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1001-2303（2020）05-0054-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.11

0 前言

近年來，隨著石油化工等行業(yè)的發(fā)展，壓力容器呈現(xiàn)大型化發(fā)展趨勢(shì)，伴隨著各類大型復(fù)合板壓力容器的制造，超厚復(fù)合板得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。

某壓力容器主體材料采用了正火態(tài)復(fù)合板（S30403+SA516Gr70），其規(guī)格為（5+170） mm，在筒體卷制過程中發(fā)現(xiàn)復(fù)合板覆層表面存在大量肉眼可見裂紋，如圖1所示。

1 裂紋分析

為分析復(fù)合板覆層裂紋產(chǎn)生原因，在裂紋附近切取復(fù)合板試樣，如圖2所示。對(duì)復(fù)合板橫截面進(jìn)行宏觀及微觀檢測(cè)，以確定裂紋源。

由文獻(xiàn)[3-5]可知，復(fù)合板結(jié)合區(qū)應(yīng)呈正弦波形或規(guī)律鋸齒結(jié)合界面。試樣宏觀檢測(cè)如圖3所示，結(jié)合區(qū)波形并非正弦或規(guī)律鋸齒結(jié)合界面，且存在微裂紋，說明在爆炸復(fù)合焊接過程中，實(shí)際碰撞角度、炸藥的爆速、碰撞的基復(fù)板間距等爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)存在不足。

在顯微鏡下觀察覆層內(nèi)部裂紋，如圖4所示?？梢钥闯觯鸭y起源于復(fù)合板結(jié)合區(qū)，從覆層內(nèi)部向覆層表面擴(kuò)展。

基、復(fù)板爆炸復(fù)合后，雖保持了原有金屬的基本元素成分，但在結(jié)合面處形成了不同于兩側(cè)金屬組織的區(qū)域，該區(qū)域強(qiáng)度及韌性均較低，在后期校平過程中可能會(huì)被撕裂形成缺陷[1，3，5-7]。板材越厚，其校平力越大，校平次數(shù)越多，結(jié)合面處越容易形成缺陷，且按照NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》第3部分采用超聲直波檢測(cè)方法，不易檢出此類缺陷。在復(fù)合板加工過程中，因受力導(dǎo)致此處缺陷擴(kuò)展。因此，對(duì)復(fù)合板試樣結(jié)合區(qū)進(jìn)一步微觀檢測(cè)，分析缺陷產(chǎn)生原因。

復(fù)合板基層使用5%硝酸酒精溶液腐蝕后進(jìn)行微觀觀察，覆層使用10%草酸溶液電解浸蝕進(jìn)行微觀觀察。復(fù)合板試樣微觀金相如圖5所示?？梢钥闯?，復(fù)合板基層金相組織為鐵素體+珠光體（見圖5a），結(jié)合面基層側(cè)存在50～95 μm脫碳區(qū)（見圖5b），覆層金相組織為奧氏體、少量鐵素體及少量碳化物，碳化物主要聚集在晶界處（見圖5c），結(jié)合面覆層側(cè)存在裂紋+孔洞（見圖5d）。

由圖5可知，復(fù)合板結(jié)合面覆層側(cè)存在裂紋及空洞等缺陷，其合貌如圖6所示。

由圖5和圖6可知，復(fù)合板結(jié)合面處裂紋并非完全沿結(jié)合面擴(kuò)展，其長(zhǎng)度達(dá)0.5～0.6 mm;空洞長(zhǎng)度可達(dá)0.15 mm，寬度可達(dá)0.07 mm，且裂紋及空洞比較集中，部分裂紋與空洞相連。復(fù)合板加工時(shí)，在加工應(yīng)力的作用下，裂紋及空洞等缺陷擴(kuò)展而貫穿相連，將加大裂紋的擴(kuò)展程度。

裴海祥等[3]通過對(duì)復(fù)合板復(fù)合界面微觀組織進(jìn)行試驗(yàn)認(rèn)為，爆炸復(fù)合板經(jīng)熱處理后，基層側(cè)會(huì)有脫碳現(xiàn)象，覆層側(cè)會(huì)有滲碳現(xiàn)象并在晶界處析出碳化物，在形變硬化及晶界處碳化物的作用下，結(jié)合面覆層側(cè)硬度將高于基層和覆層，且隨熱處理時(shí)間的增加，其硬度差值會(huì)越來越大。

文中的超厚復(fù)合板交貨狀態(tài)為正火態(tài)，即超厚復(fù)合板爆炸復(fù)合后進(jìn)行正火熱處理，為保證鋼板受熱均勻，一般板厚越大，正火保溫時(shí)間越長(zhǎng)。由圖5可知，復(fù)合板基層側(cè)出現(xiàn)脫碳層，覆層晶界處有碳化物析出;對(duì)復(fù)合板試樣橫截面進(jìn)行硬度試驗(yàn)，結(jié)合面覆層側(cè)硬度值約為400 HV10，遠(yuǎn)高于基層和覆層處，如圖7所示。

綜上所述，超厚復(fù)合板裂紋產(chǎn)生的原因如下：

（1）結(jié)合區(qū)波形并非正弦或規(guī)律鋸齒結(jié)合界面，爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)存在不足。

（2）復(fù)合板結(jié)合面覆層側(cè)存在裂紋、空洞缺陷，且尺寸較大，同一位置分布比較集中，裂紋向多方向擴(kuò)展。

（3）復(fù)合板經(jīng)爆炸復(fù)合后熱處理參數(shù)設(shè)計(jì)不足，復(fù)合板結(jié)合面覆層硬度遠(yuǎn)高于基層和覆層處。

復(fù)合板在卷制過程中，鋼板基層受到彎曲力的作用，覆層側(cè)受到彎曲力和剪切力的作用;復(fù)合板覆層側(cè)存在裂紋等缺陷，在應(yīng)力作用下，這些缺陷作為裂紋源形成裂紋并擴(kuò)展;復(fù)合板結(jié)合面覆層處硬度較高，導(dǎo)致裂紋未沿結(jié)合面方向擴(kuò)展，而是向覆層內(nèi)部擴(kuò)展，并延伸至覆層表面。

3 結(jié)論

（1）超厚復(fù)合板結(jié)合面處易形成裂紋、未熔合、空洞等缺陷，在剪切力下極易擴(kuò)展，危害性較大。復(fù)合板制造前應(yīng)全面檢測(cè)厚板強(qiáng)度及表面硬度等性能，依據(jù)板厚制定合理的制造工藝，設(shè)計(jì)適合的爆炸復(fù)合參數(shù)，以避免該類缺陷的形成。

（2）針對(duì)超厚復(fù)合板，應(yīng)根據(jù)板厚及焊材性能合計(jì)合理的熱處理后工藝，盡量減少保溫時(shí)間，減小基層側(cè)脫碳區(qū)域，以減少對(duì)覆層的滲碳，降低覆層晶界處析出碳化物，降低結(jié)合面覆層處硬度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵將，李麗麗. 超厚爆炸復(fù)合板結(jié)合面隱性缺陷分析及檢測(cè)[J]. 壓力容器，2016，33（11）：64-68.

[2] 張蕾，苗暢穎，王文利，等. 超大直徑PTA結(jié)晶器制造難點(diǎn)分析[J]. 壓力容器，2017，34（7）：73-78.

[3] 裴海祥，王立新，張壽祿，等. 爆炸復(fù)合板復(fù)合界面微觀組織分析[J]. 壓力容器，2002（11）：11-14.

[4] 侯國(guó)亭，馮健，袁安富，等. 爆炸焊接界面成波機(jī)理[J]. 爆破，2013，30（4）：120-124，147.

[5] 郭勵(lì)武. 不銹鋼復(fù)合板結(jié)合界面的性質(zhì)研究[J]. 新技術(shù)新工藝，2018（7）：45-47.

[6] 富陽(yáng). 復(fù)合板壓力容器裂紋的無損檢測(cè)[J]. 無損檢測(cè)，2010，32（3）：227-229.

[7] 馬雯波，蔡青，鄧?yán)颥? 爆炸復(fù)合板壓力容器徑向裂紋的無損檢測(cè)及其安全性分析[J]. 焊接學(xué)報(bào)，2018，39（10）：54-60，131.