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球形罐体环形焊缝裂纹分析与处理
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球形罐体环形焊缝裂纹分析与处理
材料来防止热裂纹。所谓的冷裂纹是指焊后冷却到马氏体转变点Ms附近200～300℃以下的温度区间发生的，冷裂纹有时会在焊接之后立即产生，有时会经过几小时甚至几天的潜伏之后才会产生，因而又被称作延迟裂纹。
图1 球形压力容器外观图
3. 环形焊缝热裂纹产生的原因分析
3.1材料因素的影响
由于钢材焊缝中经常存在一些氮、磷、硫等，他们会产生一些结晶的偏析，不均匀的分布，当内部不均匀分布的应力在收缩的过程中，就会产生裂纹。
硫是焊缝中有害元素之一，它与铁生成低熔点的硫化铁。焊接时FeS会导致焊缝热裂和热影响区出现液化裂纹，使焊接性能变坏，降低冲击韧性和耐蚀性，促使产生偏析。同时，硫以薄膜形式存在于晶界，使钢的塑性和韧性下降。因此，焊接含硫偏高的钢材，采用碱性焊条具有抗裂作用。
焊缝中原有的氢以及和外界接触的一些氢是焊缝冷裂纹产生的主要因素，这与焊接的环境紧密相连，与坡口表面以及水分、焊材类型都有关系。氢使钢材的塑性性大大下降导致在焊接的接触地方产生促延时裂纹。
磷也是焊缝中容易产生裂纹的因素，磷会增加钢的冷脆性，恶化钢的焊接性能，大大降低钢材的冲击韧性。因而不管是钢材还是焊接材料中都要减少磷的含量。
3.2结构设计因素的影响
由于球罐的组装会不尽相同在球罐装配的时候，因为卡具地方的附加拘束应力，在最薄和最热的地方会产生一些应力集中。因而在冷却结晶的时候，就会在焊根的地方焊缝就会逐步扩展。
图2为一种典型的x形坡口示意图，球罐环焊缝对接采用x形对称坡口，大坡口在外侧，小坡口在内侧，先焊大坡口后，在小坡口上清根着色、焊接。在焊接过程中，由于底部的狭窄通道，使得焊缝中心线成分偏析，因而在狭窄的地方更容易的发生收缩，这样经常会导致裂纹的产生。
图2 X形坡口示意图
3.3焊接工艺的影响
焊接过程中，如果焊接线能量一定，则焊接速度的增加会增大焊缝裂纹发生的可能性。随着速度的增大，会导致焊缝宽带减少，因而焊缝形状系数变化，这样深宽比的加大导致裂纹发生的可能性增大。焊接线能量是焊接中的重要参数。焊接线能量的大小决定了焊缝的冷却速度，也影响了焊接过程中氢的扩散速度，最终影响焊缝裂纹的发生。焊缝线能量增大，有利于氢的逸出，这就减少了延迟裂纹的可能性，但是焊接线能量太大时，又会增加热裂纹发生的可能性。
一般而言，焊缝不对称的，先焊接焊缝少的一面，先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧施焊时，这样可以增加焊件的结构刚度。球形罐体环形焊缝的焊接过程并不对称，容易发生裂纹。另外，如果将焊道分割成几段，则相邻区段的层间接头重合，在这些接头的地方应力会比较大，容易产生焊缝的热应力。在实生产中，预热温度不均匀，不能连续完成焊接工艺，再次焊接的时候，会导致两层之间温度差异，容易导致裂纹发生。对于厚截面较大的球罐环焊缝，焊接结束后，需考虑后热，如果在后热的保温不良，有可能会在多层多道焊缝中产生横向裂纹。
4.球罐环焊缝裂纹的预防和控制措施
4.1设计措施
球罐环焊缝裂纹的发生需要在设计的时候就予以考虑和重视，比如在前期设计的时候就采用合理的坡口形式、适当规定焊缝的装配间隙，减少组装时拘束应力；制定合理的焊接顺序，控制好环焊缝的形状系数、严格作好预热、后热、层间温度和焊条干燥等各个环节；尽量使用低氢焊条，注意焊接环境温度的变化等，都可以减少焊缝裂纹的发生。
在焊接的过程中要充分考虑焊接面积的影响，所谓的焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。坡口尺寸越大，则焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，收缩变形越大。因而在焊接结构的设计过程中，应该尽可能的避免一些焊缝的发生，尽量选用型钢、冲压件等材料。这样避免不必要的焊缝，也就减少了焊缝裂纹的发生。
4.2工艺措施
在焊接过程中可以通过一系列的工艺措施来预防和控制焊接裂缝的发生和扩大，主要可以包括焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。
1、焊前预防措施
在焊接之前就通过一些预防措施，比如反变形法、加裕量法、预拉伸法等也减少焊接的应力，减少焊接裂缝发生的可能性。
2、焊接过程控制措施
在焊接过程中采用合理的焊接方法和焊接参数，在层焊以及分段焊接等过程中一定要选择合理的焊接次序，随焊强制冷却等措施均可降低焊接残余应力、减小焊接裂纹发生的可能性。
3、焊后正措施
当焊接材料被焊接之后，可以通过一些其他的措施来避免或消除焊缝裂纹的发生和蔓延。常用的焊后矫正措施主要分为机械矫正和加热矫正。而加热矫正又分为整体加热和局部加热，通过这些措施使得焊缝的裂纹处于微裂纹的状态。
5.结 论
焊接工艺是国民经济发展中常用工艺，焊缝处理不当就会会产生裂纹，这会影响罐体的安全性。本文分析了环形罐体环形焊缝变形和焊缝裂纹的形式，并对裂纹产生的原因作了详细的研究，最后分析了球罐环焊缝裂纹的预防和控制措施。通过采取设计合理的坡口形式的焊缝，控制焊缝金属含量，减小了有害元素对焊缝的影响。设计适当的焊缝的装配间隙，减少焊缝中心的吸热作用，延迟熔池中心部位焊缝金属的凝固。在焊接顺序上，通过自由收缩，相互抵消，减小了焊后裂纹的产生。可以使得球罐的焊接质量得以保证，达到球形罐体使用的要求和安全要求。
参考文献
[1]张霞，桑勇. 防止球形罐体环形焊缝裂纹的对策研究[J]. 硅谷，2011，09：90.
[2]李志刚，夏兰亭.浅析球罐环焊缝裂纹产生的原因及其防止措施[J].《焊接技术》，2010，8：12-14.
[3]刘征，宏常军，刘佳福. 环形焊缝裂纹返修技术应用实例[J]. 科技创新与生产力，2012，07：94-96.
[4] 罗凌.工业设备球形罐体环形焊缝裂纹分析及防止措施[J].中国高新技术企业，2011，08：3-5.
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焊缝
裂纹
球形
环形
分析
2022/0521/55051
材料来防止热裂纹。所谓的冷裂纹是指焊后冷却到马氏体转变点Ms附近200～300℃以下的温度区间发生的，冷裂纹有时会在焊接之后立即产生，有时会经过几小时甚至几天的潜伏之后才会产生，因而又被称作延迟裂纹。
图1 球形压力容器外观图
3. 环形焊缝热裂纹产生的原因分析
3.1材料因素的影响
由于钢材焊缝中经常存在一些氮、磷、硫等，他们会产生一些结晶的偏析，不均匀的分布，当内部不均匀分布的应力在收缩的过程中，就会产生裂纹。
硫是焊缝中有害元素之一，它与铁生成低熔点的硫化铁。焊接时FeS会导致焊缝热裂和热影响区出现液化裂纹，使焊接性能变坏，降低冲击韧性和耐蚀性，促使产生偏析。同时，硫以薄膜形式存在于晶界，使钢的塑性和韧性下降。因此，焊接含硫偏高的钢材，采用碱性焊条具有抗裂作用。
焊缝中原有的氢以及和外界接触的一些氢是焊缝冷裂纹产生的主要因素，这与焊接的环境紧密相连，与坡口表面以及水分、焊材类型都有关系。氢使钢材的塑性性大大下降导致在焊接的接触地方产生促延时裂纹。
磷也是焊缝中容易产生裂纹的因素，磷会增加钢的冷脆性，恶化钢的焊接性能，大大降低钢材的冲击韧性。因而不管是钢材还是焊接材料中都要减少磷的含量。
3.2结构设计因素的影响
由于球罐的组装会不尽相同在球罐装配的时候，因为卡具地方的附加拘束应力，在最薄和最热的地方会产生一些应力集中。因而在冷却结晶的时候，就会在焊根的地方焊缝就会逐步扩展。
图2为一种典型的x形坡口示意图，球罐环焊缝对接采用x形对称坡口，大坡口在外侧，小坡口在内侧，先焊大坡口后，在小坡口上清根着色、焊接。在焊接过程中，由于底部的狭窄通道，使得焊缝中心线成分偏析，因而在狭窄的地方更容易的发生收缩，这样经常会导致裂纹的产生。
图2 X形坡口示意图
3.3焊接工艺的影响
焊接过程中，如果焊接线能量一定，则焊接速度的增加会增大焊缝裂纹发生的可能性。随着速度的增大，会导致焊缝宽带减少，因而焊缝形状系数变化，这样深宽比的加大导致裂纹发生的可能性增大。焊接线能量是焊接中的重要参数。焊接线能量的大小决定了焊缝的冷却速度，也影响了焊接过程中氢的扩散速度，最终影响焊缝裂纹的发生。焊缝线能量增大，有利于氢的逸出，这就减少了延迟裂纹的可能性，但是焊接线能量太大时，又会增加热裂纹发生的可能性。
一般而言，焊缝不对称的，先焊接焊缝少的一面，先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧施焊时，这样可以增加焊件的结构刚度。球形罐体环形焊缝的焊接过程并不对称，容易发生裂纹。另外，如果将焊道分割成几段，则相邻区段的层间接头重合，在这些接头的地方应力会比较大，容易产生焊缝的热应力。在实生产中，预热温度不均匀，不能连续完成焊接工艺，再次焊接的时候，会导致两层之间温度差异，容易导致裂纹发生。对于厚截面较大的球罐环焊缝，焊接结束后，需考虑后热，如果在后热的保温不良，有可能会在多层多道焊缝中产生横向裂纹。
4.球罐环焊缝裂纹的预防和控制措施
4.1设计措施
球罐环焊缝裂纹的发生需要在设计的时候就予以考虑和重视，比如在前期设计的时候就采用合理的坡口形式、适当规定焊缝的装配间隙，减少组装时拘束应力；制定合理的焊接顺序，控制好环焊缝的形状系数、严格作好预热、后热、层间温度和焊条干燥等各个环节；尽量使用低氢焊条，注意焊接环境温度的变化等，都可以减少焊缝裂纹的发生。
在焊接的过程中要充分考虑焊接面积的影响，所谓的焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。坡口尺寸越大，则焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，收缩变形越大。因而在焊接结构的设计过程中，应该尽可能的避免一些焊缝的发生，尽量选用型钢、冲压件等材料。这样避免不必要的焊缝，也就减少了焊缝裂纹的发生。
4.2工艺措施
在焊接过程中可以通过一系列的工艺措施来预防和控制焊接裂缝的发生和扩大，主要可以包括焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。
1、焊前预防措施
在焊接之前就通过一些预防措施，比如反变形法、加裕量法、预拉伸法等也减少焊接的应力，减少焊接裂缝发生的可能性。
2、焊接过程控制措施
在焊接过程中采用合理的焊接方法和焊接参数，在层焊以及分段焊接等过程中一定要选择合理的焊接次序，随焊强制冷却等措施均可降低焊接残余应力、减小焊接裂纹发生的可能性。
3、焊后正措施
当焊接材料被焊接之后，可以通过一些其他的措施来避免或消除焊缝裂纹的发生和蔓延。常用的焊后矫正措施主要分为机械矫正和加热矫正。而加热矫正又分为整体加热和局部加热，通过这些措施使得焊缝的裂纹处于微裂纹的状态。
5.结 论
焊接工艺是国民经济发展中常用工艺，焊缝处理不当就会会产生裂纹，这会影响罐体的安全性。本文分析了环形罐体环形焊缝变形和焊缝裂纹的形式，并对裂纹产生的原因作了详细的研究，最后分析了球罐环焊缝裂纹的预防和控制措施。通过采取设计合理的坡口形式的焊缝，控制焊缝金属含量，减小了有害元素对焊缝的影响。设计适当的焊缝的装配间隙，减少焊缝中心的吸热作用，延迟熔池中心部位焊缝金属的凝固。在焊接顺序上，通过自由收缩，相互抵消，减小了焊后裂纹的产生。可以使得球罐的焊接质量得以保证，达到球形罐体使用的要求和安全要求。
参考文献
[1]张霞，桑勇. 防止球形罐体环形焊缝裂纹的对策研究[J]. 硅谷，2011，09：90.
[2]李志刚，夏兰亭.浅析球罐环焊缝裂纹产生的原因及其防止措施[J].《焊接技术》，2010，8：12-14.
[3]刘征，宏常军，刘佳福. 环形焊缝裂纹返修技术应用实例[J]. 科技创新与生产力，2012，07：94-96.
[4] 罗凌.工业设备球形罐体环形焊缝裂纹分析及防止措施[J].中国高新技术企业，2011，08：3-5.
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球形
环形
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2022/0521/55051
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