浅析焊接裂纹与返修技术的探讨

车振龙 孙玉东 李海波

摘 要：钢结构件的焊接失效，往往是在设备使用过程中出现，一台设备中任意一个结构部件发生焊接失效开裂，都会影响整台设备的正常运转，给企业造成不可估量的损失。本文通过整理近年来样本，归纳分析了失效原因，裂纹产生机理、位置分布，通过分析钢材焊接特性。通过试验确定适当焊接工艺确保焊接接头质量，提出焊接工艺要求和施工流程，有效防止了裂纹，为施工现场提供了技术支持。

关键词：焊接缺陷；力学性能；返修补焊

1 导致焊接失效的原因

通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素，在一定条件下断裂（如：应力、温度、材质、焊接质量和实际使用工况条件等）。接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展，造成焊接结构损坏，致使设备停机，影响正常生产。焊接失效的基本条件：一是焊接结构设计不合理，如在局部或整体焊缝的布置与设计上存在问题；二是材料本身的缺陷，如板材化学成分偏析，铸钢件的组织存在缩松、气孔、裂纹等；三是焊接工艺的应用不合理，如焊接材料的选择、焊接方法的制定；四是构件所处的工作环境、工况条件差（如受到交变及冲击载荷），引起结构材料疲劳破坏。

2 焊接裂纹的影响因素

2.1 冶金方面的影响因素。

硫和磷是钢中最有害的元素。能在钢中形成多种低熔点共晶，在结晶过程中极易形成液态共晶薄膜，使脆性温度区间的塑性大为下降。同时，硫、磷又非常容易偏析。碳在钢中也是影响热裂纹，尤其是结晶裂纹的主要因素。焊缝组织一次结晶形态。在一次结晶的晶粒度越大，结晶方向性也越强，也就越容易促使杂质偏析，越容易在固液阶段形成连续的液态共晶薄膜，增加结晶裂纹倾向。

2.2 焊接工艺影响

工艺条件包括焊接方法、焊接热输入、预热或环境温度、焊接顺序等。它们对焊接接头冷却时的应变增长率、焊缝的化学成分和偏析情况带来多方面的影响，这些直接影响到焊缝的热裂纹倾向。焊接前，需要预热和后热，对焊条进行一定温度的烘烤和恒温，焊接时控制好焊接线能量。如果焊工集中向上焊，容易将应力集中在罐体上部环裂缝，采取分段退焊可分散组对和焊接应力。良好的焊接顺序和焊接速度控制确保容器拘束应力均匀分布，减少应力集中和产生裂纹。

3裂纹的分布形式

定期检测发现，裂纹多数出现在焊接接头位置，可以细分为：纵向焊接接头、柱脚焊接接头、极板拼接接头、环向焊接接头和接管焊接接头等。其中以环向焊接接头和柱腿焊接接头所占比例最高，分别占51.05%和35.27%，纵向焊接接头占6.84%，极板焊接接头占2.63%，裂纹的长度以20mm以内的小裂纹为主，占总数的72.64%，21-50mm的裂纹占16.84%，50mm以上的裂纹比例很小。不同的裂纹根据埋藏位置、自身高度以及安全程度等不同，决定补焊等返修工作。有的表面或浅表面裂纹可以通过打磨消除，有的则需要按照《压力容器定期检验规则》，进行补焊返修，根据样本统计结果，95处裂纹中有37处需要返修，占总数的40%，其中环向焊接接头的裂纹数17处，占总数的18.4%，对裂纹返修率及裂纹的危险性的比较发现，容器裂纹中以柱腿角焊裂纹、内表面、环缝裂纹和接管角焊缝的返修率最高，20mm以内裂纹基本不用返修，返修率与裂纹尺寸呈正比关系。

4 焊接工艺

（1）检查设备及辅助工具状态良好。焊接前必须清理坡口周围20mm内的油、铁锈等污物，打磨出金属光泽为准。

（2）焊接时应采用分段退焊和多层多道的焊接工艺。球壳板定位焊时任何情况下焊缝长度≥50mm，定位焊间隔在400mm。焊接分为立焊、横焊和平仰焊。为避免焊缝金属过热区的粗晶形成，确保容器钢材的低温冲击韧性，防止裂纹的产生，采取电加热片均匀加热，预热温度控制在100～150℃范围内，在坡口两侧预热半径150mm，焊接层间温度高于预热温度且最高值≤200℃。

（3）球体焊接顺序。每条纵缝配置一名焊工同时焊接，如焊工人数不够，间隔布置分两次完成。环缝焊接按焊工人数均匀分段，注意反面用碳弧气刨清根，层间焊接接头必须错开，用砂轮机磨除渗碳层。

5 焊缝返修工艺要求

（1）焊缝的返修应由合格的焊工担任。返修工艺措施应得到焊接技术负责人的同意。 压力容器上同一部位的返修次数不应超过2次。对经过2次返修仍不合格的焊缝，如再进行返修，应经制造单位技术负责人批准。返修的次数、部位和无损探伤结果等，应记入压力容器质量证明书中。锅炉同一位置上的返修不得超过3次。

（2）要求焊后热处理的锅炉、压力容器，应在热处理前返修；如在热处理后返修，返修后应再做热处理。

（3）有抗晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢制压力容器，返修部位仍需保证原有要求。

（4）压力试验后，一般不应进行焊缝返修。确需返修的，返修部位必须按原要求经无损探伤检验合格。由于焊缝或接管泄漏而进行的返修，或返修深度大于1/2壁厚的压力容器，还应重新作压力试验。 焊縫多次返修，即使是无损探伤、力学性能试验和金相检验都未发现异常，但仍然对焊接接头质量有不良的影响。首先，由于焊接次数的增加，焊缝金属中溶解的氢气向过热区扩散量必然增加，成为产生热影响区冷裂纹、延迟裂纹的隐患；其次是过热区的晶粒因多次过热而长得更大，造成组织不均匀和力学性能下降。因此焊缝返修前应先找出产生缺陷的原因，制订可行的返修方案 ，才能进行返修。

6 结论

总的来说，焊接裂纹返修时应注意工艺规范，采取适当的工艺措施是可以获得很好的返修效果。

参考文献：

[1]陈增生.SMC/SMD 的手工焊接工艺技术[J]. 电子工艺技术，2009 ，30（5 ） .

[2]杨 旭，段先猛.西气东输二线冬季施工焊接温度控制，2009（5）.