劉 平 張毅印

（湖北特種設備檢驗檢測研究院隨州分院，湖北 隨州 441300）

0 引言

焊接接頭（俗稱“焊縫”）是承壓類特種設備的重要組成部分，在一些重要設備中，焊縫的占比可能達到30%以上[1]。在焊縫的各種不同缺陷中，裂紋一直是生產(chǎn)單位不得不面對的棘手問題，在產(chǎn)品完工投用后，再發(fā)現(xiàn)裂紋，將給各大企業(yè)帶來重大損失。裂紋出現(xiàn)的時間存在不確定性，對于有些材料，存在“超級延遲”的裂紋現(xiàn)象[2]，如圖1 所示，為某壓力容器檢驗人員定期檢驗時發(fā)現(xiàn)的裂紋，該裂紋被證明為焊接過程中產(chǎn)生的裂紋。由于當發(fā)現(xiàn)裂紋時，設備正在使用，停產(chǎn)檢修會給使用單位帶來經(jīng)濟損失，此時可能被業(yè)主要求懲罰性的巨額賠償，給生產(chǎn)單位造成巨額損失同時也影響其聲譽。

圖1 某壓力容器環(huán)縫上的裂紋

探究橫向裂紋的形成原因，找到其解決方案，對于生產(chǎn)單位的經(jīng)濟效益和聲譽，以及使用單位的設備運行安全都具有重要意義，本文作者通過檢驗實踐，總結出橫向裂紋形成的幾個重要原因，并提出相應的解決方案。

1 材料因素

究竟是什么原因造成“裂紋”的產(chǎn)生呢？國內外許多學者做了大量調查研究，但是始終沒有最終的定論，也未提出徹底的解決方法。筆者在檢驗實踐工作和融匯國內外學者的研究成果時發(fā)現(xiàn)，橫向裂紋主要在埋弧焊和氣體保護焊（主要是CO2）這2 種焊接方法中產(chǎn)生，特別是CO2氣體藥芯保護焊[3]。裂紋的產(chǎn)生是由多種因素產(chǎn)生的，最為關鍵的三個是母材、焊材、焊接過程。

1.1 母材

含碳量高的高強度鋼較低碳鋼的容易產(chǎn)生橫向裂紋，TMCP 材料（熱軋狀態(tài)的材料）由于其獨特的生產(chǎn)工藝，造成它是一種較敏感性材料，再則母材中含有其他非金屬雜質多的、厚度大的、帶有夾層的、表面有腐蝕生銹的等也容易產(chǎn)生橫向裂紋。

1.2 焊材

埋弧焊和藥芯焊兩者的共通點是都有藥粉（劑），它們在制造的過程中，各種配料所用的純度不足或本身帶雜質，都會影響焊縫性能。如今焊材行業(yè)競爭激烈，為了保持利潤改用其他便宜的配方或者用純度不足的材料（偷工減料），這會降低焊接性能或者叫抗裂能力。如果有些焊材廠不注重每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)的過程和庫存時就受潮，等到用戶使用時為時已晚了。

埋弧焊在焊接的過程中回收沒有熔化的藥粉時，會同時把其他雜質一同吸收回料斗中，特別是卷管連續(xù)生產(chǎn)的螺旋焊縫，在機械強力卷管的同時大量的鋼板表面氧化物（氧化皮）脫落與其他沙塵粉末焊渣等混合在藥劑中再重新進入焊道熔池中，造成污染，再遇上藥劑受潮、母材預熱和保溫不足時，也會產(chǎn)生橫向裂紋。不同品牌藥芯焊絲的質量有參差不齊的情況，焊絲儲藏和使用方法不當也是令焊縫產(chǎn)生橫向裂紋的源頭。首先，原廠生產(chǎn)時就分為2 種包裝：普通包裝和真空包裝。在室內受控制的環(huán)境下用普通包裝，再按廠家要求短時間內用完也沒事。如果普通包裝儲藏不當、運輸途中保護不足、中間經(jīng)銷商的處理不當令焊絲受潮，又在沒任何防護措施的天然環(huán)境下使用焊絲，使焊絲進一步受潮和其他污染，也是會造成橫向裂紋的。無論是普通包裝還是真空包裝，廠家都要求用戶在開封后24 h 內使用，停止施焊過程中未將焊絲存放于干燥箱中。如果在戶外有雨、雪、露水和海風的地方焊接，必須將焊絲用一個有防水性能的保護罩罩住來使用，開封后超過24 h 無論是否有保護罩或存放干燥箱都不得再使用。在工程實踐過程中，施工單位很少能做到這一點，例如在承壓設備現(xiàn)場安裝施焊時，無論在室內室外都是沒有用保護罩的，任憑風吹雨打，完全沒有時間觀念，也沒有室內室外有所不同的觀念。即使在室內，在春冬季節(jié)、陰冷潮濕的氣候下，室內也是很潮濕的，我們是一卷15 kg 的焊絲可以連續(xù)超過24 h、48 h 甚至長年使用都行，這種嚴重的錯誤行為我們卻習以為常。

以下列舉了幾家國外知名的焊絲廠家對用戶提出的《藥芯焊絲儲藏和使用注意事項》。1）包裝的焊絲。每卷焊絲應當用聚乙烯薄膜覆蓋，并進一步在瓦楞紙箱包裝，運輸或貯存過程中保護。2）非開封瓦楞紙箱推薦的存儲條件。焊絲應存放在倉庫無雨、雪或者露水等；它們不應該直接放在地板上，但是可以放在木質托盤上；它們應該存放在一個濕度較低的地方。3）開封焊絲的存儲。這是沒有必要重新干燥它們的；如果再干燥，塑料芯盤可能受熱變形；在遭受到雨、雪、露和海風等的地方焊接時，應該用有防水功能的蓋罩住送絲機；它們應該在濕度較低的地方使用；焊絲開封后應在24 h 內使用完畢，完工后如果有剩余焊絲留下，應存放在干燥的條件下。在這種情況下，每根焊絲表面應覆蓋聚乙稀膜或保護膜。

2 焊接過程

焊接過程是其中最主要的原因。焊接過程中的一整套工藝程序及其技術規(guī)定包括焊接方法、焊前準備加工、裝配、焊接材料、焊接設備、焊接順序、焊接操作、焊接工藝參數(shù)以及焊后處理等。有以下13 個因素對橫向裂紋的產(chǎn)生具有重要影響。1）在焊接過程中從坡口預制、打磨、組對、坡口角度間隙、表面處理、工件預熱、保溫、焊后緩冷除氫等。2）是否嚴格按已經(jīng)做好的焊接工藝操作。3）焊工是否持相應合資格。4）焊接環(huán)境是否有做到防風、防雨、防雪、防露水、防潮氣并且做到透光透氣照明適當?shù)陌踩煽康摹?）焊縫表面是否清除油污、水跡、鐵銹。6）是否過分使用碳弧氣刨，開坡口、清根、多次返修后沒有將其碳化物清除而進行焊接，氣刨的壓縮空氣是否除水。7）焊機和焊槍的保養(yǎng)維護不當，無法發(fā)揮應有的焊接性能。8）在焊接過程中對焊絲沒有采取應有保護和使用超過時限或者使用已經(jīng)受潮受污染的焊絲。9）埋弧焊的藥劑使用不同品牌的焊絲，藥劑沒有充分烘干，藥劑在回收過程將鋼板氧化物（氧化皮）、其他雜質、焊渣和沙塵粉末等一并吸收，再次投入焊接時造成。10）工件組合的內應力過大，沒有控制焊接變形，所帶來的拘束應力過大超出焊縫所能承受的拉應力。11）NDT 檢驗過高地要求而返修反造成更多的缺陷。12）厚度大焊道多的焊縫也是原因之一，焊縫中的雜質堆積會產(chǎn)生累積效應而產(chǎn)生橫向裂紋。13）焊縫的排列形狀和次序也會影響焊縫內的拘束力（內應力）。

上述13 條是焊接過程中，對裂紋的形成具有重要影響的因素，此外還存在其他一些因素，在此不一一列舉。

3 結語

雖然橫向裂紋產(chǎn)生的原因是多方面的，但是筆者認為主要原因在藥芯焊絲，母材方面的問題較少，對于承壓類特種設備來說，最常用的是低碳低合金鋼，焊接工藝也是成熟的和常用的，我們應將主要精力放在藥芯焊絲的監(jiān)控方面。

通過檢驗實踐，筆者總結了如下10 個“焊絲使用守則”的建議。1）盡可能都用真空包裝。2）用小容量5 kg 包裝（或者在高空、露天場地、狹窄環(huán)境等）。3）在露天場地用防水性能的蓋罩罩住焊絲進行焊接。4）中途休息或超出1 h 不焊接時存放在干燥箱內。5）開封后超出24 h 不得再使用。6）拆封時如果見到生銹和變色不得使用。7）使用途中焊絲雨水淋濕或其他污染不得再用。8）同一批號焊絲出現(xiàn)橫向裂紋時停止使用，直到查出原因為止。9）如果有可能我們可以像派駐鋼板廠驗收鋼板材料一樣，全程監(jiān)控焊絲的生產(chǎn)、庫存、運輸?shù)冗^程。10）采取退貨索賠和選擇質量信譽好的焊材廠。

目前，外國品牌進入國內生產(chǎn)，國內也有些廠家能夠生產(chǎn)藥芯焊絲了，但是有些國內的焊材廠被國外知名焊材公司收購后，雖然掛外國品牌用國產(chǎn)機器、國內人管理和生產(chǎn)。一些材料理論知識欠缺的生產(chǎn)者有時以為藥芯焊絲是密封的，對潮濕的生產(chǎn)環(huán)境不加以控制，其實它是由薄鋼板卷入藥粉的，無論它卷成管狀是多么嚴密，它一樣會吸入潮氣，就像我們做滲透無損檢測原理的毛細管滲入，中心干燥藥粉是很容易將潮氣吸入，造成剛出廠的焊條就已受潮。

根據(jù)焊接的相關知識我們知道，低氫焊條如果受潮就會引起延遲裂紋，這是在用焊條的年代大家早已形成的共識。可是現(xiàn)在我們很多人都不知道藥芯焊絲比電焊條更為要求嚴厲，特別是有些焊接大師傅盲目地認為藥芯是萬能焊絲，只看到它的效率，沒有看到它最危險的一面。我認為藥芯焊絲比焊條更要嚴格管理，現(xiàn)在所有參與建造的人都要知道，藥芯如果像焊條那樣防止受潮，需要共同監(jiān)管藥芯焊絲。利用管理電焊條方法用來控制藥芯焊絲，我相信裂紋馬上會大大減少。

以下是筆者總結的保證焊接質量的5 個控制環(huán)節(jié)。1）安全舒適的焊接工作環(huán)境。2）適用的焊接工藝規(guī)程及標準化作業(yè)。3）高質量的焊接材料。4）高性能和穩(wěn)定性的焊接設備。5）優(yōu)秀焊工的操作技能和經(jīng)驗。

做好5 個控制焊縫質量的環(huán)節(jié)，我們不僅控制好裂紋，還可以得到高質量的焊縫質量，為企業(yè)避免不必要的經(jīng)濟損失，同時，也能保障人民的生命財產(chǎn)安全。