【正文】 度在 15000 以上時 ,過熱區(qū)的硬度才降至 HV350 以下。生產(chǎn)實際中 ,往往由于工藝控制不嚴(yán) ,預(yù)熱溫度不夠 ,容易產(chǎn)生淬硬組織而導(dǎo)致冷裂縫 ,這都說明了18MnMoNb 鋼具有一定的冷裂敏感性。 第二 ,焊縫中的氫含量 焊接時氫的主要來源是 :焊接材料、工件和大氣中的水、油、銹等在電弧作用下 ,分解成氫原子或氫離子溶解在溶池內(nèi) ,在焊接冷卻過程中 ,這些溶解的氫一部份逸 出 ,另一部份則向熱影響區(qū)擴(kuò)散 ,并在熔合線附近形成一個富氫帶 ,當(dāng)氫濃度足夠高時 ,加上拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力的作用就發(fā)生裂縫。因此 ,降低焊縫中氫的含量 ,保證焊接材料的清潔及干燥是極重要的。 焊縫中氫含量的測定方法有多種 ,目前我國基本上采用的是甘油法。 第三 ,結(jié)構(gòu)的拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力 焊件在拘束條件下 ,焊接后在接頭上作用著拘束應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力 ,這些應(yīng)力與焊件的結(jié)構(gòu)形狀、坡口型式 ,板厚及施焊工藝有很大關(guān)系 ,在接頭的缺口和不連續(xù)處會形成很高的應(yīng)力集中 ,是產(chǎn)生冷裂縫的一個重要原因。 18MnMoNb 鋼壓力容器的制造 ,常用 “ Y”型小鐵研、巴東剛性拘束、環(huán)形鑲塊等自拘束的抗裂試驗定性地評定冷裂縫的敏感性。其中 “ Y”型坡口試樣的拘束度較大 ,可以用來選擇焊接材料 ,焊接規(guī)范、預(yù)熱溫度等。 18MnMoNb鋼的小鐵研試驗表明 ,手工焊用結(jié) 707焊條 ,預(yù)熱溫度為 150一 180℃可避免產(chǎn)生冷裂縫 ,近年來 ,還發(fā)展了多種定量的抗裂試驗法 ,如焊接熱模擬試驗、插銷試驗、剛性拘束裂縫試驗、拉伸拘束裂縫試驗等。通過這些試驗確定焊接接頭的臨界斷裂應(yīng)力 ,并據(jù)此評定材料在各種焊接工藝條件下施焊的抗冷裂性能。例如對 32mm 厚的 18MnMoNb 鋼板進(jìn)行拉伸拘束裂 縫試驗表明 :焊條經(jīng)過嚴(yán)格烘干 ,經(jīng) 150℃預(yù)熱 ,焊后立即作 250２℃小時的去氫處理 ,接頭的臨界斷裂應(yīng)力可達(dá)母材的屈服強(qiáng)度。這表明 , 18MnMoNb 鋼的焊接 ,只要采取一定的工藝措施 ,就可避免冷裂縫。 防止 18MnMoNb 鋼焊接冷裂縫的措施 第一 ,減少焊縫金屬中的含氫量 首先要控制焊接材料中的含氫量 ,18MnMoNb鋼手工焊用結(jié) 707焊條 ,必須按規(guī)定烘干 ,并在 100~150℃下保溫 ,隨用隨取以防再受潮。目前正在研制超低氫焊條 ,是防止冷裂縫的重要措施。埋弧焊焊劑也應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定烘干 ,并選擇堿度較高的 焊劑 ,如焊劑 采用熔化極氣體保護(hù)焊或鎢極氫弧焊是防止冷裂縫 (尤其是根部裂縫 )的有效措施之一 ,但必須注意保護(hù)氣體的純度。 焊前 ,必須認(rèn)真去除焊絲和鋼板坡口表面的水份、油污、鐵銹等勝物。 應(yīng)注意焊接的環(huán)境 ,尤其在雨雪天 ,空氣相對濕度大于 90%時 ,不采取防護(hù)措施不能焊接。 第二 ,冷卻速度的控制 控制焊后冷卻速度的目的是 :改善熱影響區(qū)的組織 ,利于焊縫中氫的逸出。在一定的焊接熱輸人下 ,可以通過預(yù)熱 ,控制層間溫度來達(dá)到。 預(yù)熱是降低焊后冷卻速度的有效措施 ,它既延長奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)的冷卻時間 ,防止出現(xiàn)淬硬組織 ,又延長最高溫度至 100Oc 的冷卻時間 ,有利于氫的逸出。在某些情況下 ,還可以降低殘余應(yīng)力的水平。 預(yù)熱溫度的選擇主要取決于工件厚度 ,結(jié)構(gòu)拘束度和焊接材料中的氫含量。焊接 18MnMoNb 鋼壓力容器 ,預(yù)熱溫度一般為 150～ 180℃ ,當(dāng)焊接剛性接頭或點固焊時 ,預(yù)熱溫度要適當(dāng)提高。但是 ,過高的預(yù)熱溫度會惡化操作條件 ,并使焊縫和熱影響區(qū)性能變壞。多層焊時 ,層間溫度不能低于預(yù)熱溫度 ,在厚板和短焊縫時更應(yīng)注意。但為保證接頭綜合性能 ,也不宜過高 ,實踐表明 ,以控制在不高于 300℃為好。 第三 ,后熱的應(yīng)用 后熱 ,是焊后立即加熱 作去氫處理 ,通過加熱 ,使焊縫中的擴(kuò)散氫盡快逸出 ,以防止冷裂縫。 18MnMoNb 鋼焊接生產(chǎn)實際表明 ,采用 150℃預(yù)熱 ,焊后立即進(jìn)行 250～ 350℃ 2～ 4 小時的后熱處理 ,可獲得滿意的結(jié)果。采取后熱還可適當(dāng)降低預(yù)熱溫度 ,某種程度上改善了焊接操作條件 ,對某些復(fù)雜結(jié)構(gòu) ,這是十分重要的。 第四 ,結(jié)構(gòu)構(gòu)束應(yīng)力和殘余應(yīng)力的控制 在產(chǎn)品設(shè)計中 ,應(yīng)盡量將焊縫安排在應(yīng)力水平較低的部位 ,接頭形式、坡口類型及焊接程序盡量減小應(yīng)力集中和拘束 ,減小坡口截面積 ,采用雙面焊。 在設(shè)計許可的情況下 ,為防止冷裂縫 (尤其是根部裂縫 ),可用強(qiáng)度級 別較低、塑性較好的焊接材料。 焊后及時進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理 ,如不及時 ,則立即作去氫處理。此外 ,要保證裝配質(zhì)量 ,減小錯邊 ,焊縫表面要修磨呈圓滑過渡等。減小應(yīng)力集中的不利影響。 焊縫金屬中的冷裂縫 ,其特點 ,影響因素和防止措施等與熱影響區(qū)冷裂縫基本相同 ,較為突出的是焊縫強(qiáng)度的影響 ,當(dāng)焊縫金屬強(qiáng)度過高 ,容易導(dǎo)致橫向裂縫 ,在選擇焊接材料時應(yīng)予重視。 層狀撕裂問題 層狀撕裂是在較低溫度下發(fā)生在壓力容器鋼板“ T”形接頭和角接接頭中的一種裂縫。裂縫呈階梯形 ,階梯的水平段比垂直段長 ,整個裂縫與鋼板表面平行。層狀撕裂通常發(fā)生在靠 近熔合線的熱影響區(qū) ,但不露出表面 ,肉眼難以發(fā)現(xiàn)。在壓力容器上容易產(chǎn)生層狀撕裂的部位是 : ①座入式大接管 :裂縫發(fā)生在接管角焊縫下的筒身上 。 ②插入式大接管 :當(dāng)接管由鋼板卷制時 ,裂縫發(fā)生在接管側(cè) 。 ③整周式加強(qiáng)環(huán) :裂縫發(fā)生在焊有加強(qiáng)環(huán)處的筒身上。 影響發(fā)生層狀撕裂的主要因素 第一 ,鋼板性能 冶煉質(zhì)量是造成層狀撕裂的直接原因。存在于鋼中的硫等非金屬類雜物在鋼板的軋制過程中被延展成片狀 ,并分布在與鋼板表面平行的各層中。這些片狀夾雜物使板厚方向的性能 ,尤其是斷面收縮率大大降低。在板厚方向的焊接拘束應(yīng)力作 用下 ,某些部位的片狀夾雜物首先裂開并擴(kuò)展 ,這在各層中相繼發(fā)生 ,在主應(yīng)力方向發(fā)生剪切 ,使其連成一片 ,形成了層狀撕裂的階梯性。 第二 ,結(jié)構(gòu)形式 幾乎在所有情況下 ,層狀撕裂均發(fā)生在鋼板表面靠近熔合線處 ,并與熔合線平行。如果熔合線與鋼板表面呈一個角度 ,由于板厚方向的拘束應(yīng)力降低 ,層狀撕裂的可能性也大大降低。 第三 ,焊接工藝 焊接工藝的影響主要表現(xiàn)在擴(kuò)散氫的作用、上。對于中等敏感的鋼種 ,低的含氫量能避免層狀撕裂 ,當(dāng)氫含量高時 ,有可能發(fā)生裂縫 。而對于高敏感的鋼材 ,不管含氫量多么低 ,均不能避免層狀撕裂。 層 狀撕裂敏感性的評定方法 一種評定方法是專門設(shè)計的試驗 ,另一種、是板厚方向的拉伸試驗 (Z 向拉伸試驗 )。 在各種專門設(shè)計的試驗方法中 ,最有代表性的是 Z 向窗孔拘束裂縫試驗 ,通過在不同拘束條件下的裂或不裂 ,或者在一定拘束條件下的裂縫長度來評定層狀撕裂的敏感性。但迄今為止 ,沒有一種方法能在鋼板軋制的生產(chǎn)檢驗 中得到普遍應(yīng)用。 IIW 認(rèn)為 ,厚度方向的拉伸試驗是評定層狀撕裂敏感性的最好方法。通過不同鋼種試驗所得的斷面收縮率 ψ 進(jìn)行分類 (表 3) 表 3 層狀撕裂敏感性分類 質(zhì)量等級 平均斷面收縮率 Ψ （ %） 個別式樣允許的最 低值 % A B C ≥ 15 ≥ 25 ≥ 35 10 15 25 對許多層狀撕裂事故的分析表明 ,層狀撕裂大多數(shù)在 Ψ ≤ 15%的情況下發(fā)生 ,個別為 “ 15 ～ 25%之間 ,對于不同剛性的結(jié)構(gòu)應(yīng)按質(zhì)量等級選用鋼板。18MnMoNb 鋼壓力容器的焊接中 ,尚未報導(dǎo)過層狀撕裂問題 ,但值得引起重視和開展試驗評定工作。 防止壓力容器焊接中層狀撕裂的措施 第一 ,根據(jù)焊接接頭的拘束程度 ,估計可能發(fā)生層狀撕裂 ,就應(yīng)對所用鋼板進(jìn)行層狀撕裂敏感性的評定 , 第二 ,采用合理的坡口型式 ,盡可能使焊縫綜合線同鋼板表面呈丫角度 , 第三 ,對層狀撕裂比較敏感的鋼種 ,如設(shè)計許可 ,用強(qiáng)度等級低、塑、韌性較好的焊接材料 ,使焊縫承受較大的拘束應(yīng)變而降低鋼板厚度方向的應(yīng)力。 第四 ,鋼種的層狀撕裂敏感性比較高 ,可在焊接坡口處的鋼板表面 ,預(yù)先堆焊幾層低強(qiáng)度的焊縫金屬 ,堆焊層數(shù) (厚度 )可按鋼板的層狀撕裂敏感性和結(jié)構(gòu)剛性來確定。 再熱裂縫問題 在壓力容器的焊接和使用過程中 ,國內(nèi)外均發(fā)生過再熱裂縫事故。 (1)特征 再熱裂縫是某些鋼制焊接結(jié)