鎳-鋼復合板壓力容器焊接裂紋的分析及改進工藝研究

駱雪嬌

摘 要 鎳-鋼復合板在進行焊接操作時，因兩種金屬材質存在不同的焊接特性，容易出現焊接裂紋，影響焊接設備的正常使用。本文對該復合材料焊接過程中的裂紋產生原因及控制措施進行分析，在焊接過程中采取有效的控制措施實現控制裂紋的目的。

關鍵詞 焊接裂紋;鎳-鋼復合板;分析改進

引言

隨著化工企業工藝要求的不斷嚴苛，設備使用性能要求更高，一些材質開始在化工設備中應用。鎳金屬具備的優點十分的明顯尤其是其耐腐蝕性，與其他材料相比，鎳-鋼復合板作為一種新型復合材料經常在壓力容器中進行應用，雖然在當前已經制定了相關的標準，但對其焊接工藝的評定還未出臺對應性標準，因此焊接人員進行焊接時還是依靠經驗進行焊接操作，由于兩種金屬具有不同的焊接性能，熱膨脹系數存在差異性，容易出現焊接裂紋，導致設備焊接不達標，對焊接中的裂紋進行分析，并采取有效措施控制焊接中的裂紋產生十分關鍵。

1焊接方法概述

焊接方法的不同，對最終焊接質量有直接的影響。

1.1 焊條電弧焊

電弧焊接方式利用焊條和焊接為電極，利用電極陰陽兩極之間產生的電弧熱進行焊接，在焊接過程中，電弧熱能夠有效地融化焊接金屬和母體，隨著熱源的移動，母體的不同位置進行融化、冷卻形成焊縫。電弧焊接具有操作簡單，投資少等優勢，適用于不同位置的焊接。目前幾乎所有的金屬焊接均可以使用電弧焊接方式。另外，該焊接方式不受焊接位置和地點的約束，適用性強。

1.2 氬弧焊

氬弧焊接作為一種不同的電弧焊接方式主要采用的是惰性氣體進行保護，其中主要的優勢就是提升了保護工作的效果，同時這種氣體作為一種惰性氣體不會與金屬產生反應，同時在耐熱鋼以及不銹鋼等材料的焊接方面都有一定的優勢。同時這種氣體是一種使用效果較好氣體，因此在一定程度上提升了焊接質量。氬弧焊接還可以分成兩種形式，一種是鎢極氬弧焊，另外一種是熔化極氬弧焊，這兩種形式一種是將鎢棒作為電極，另外一種是將焊絲作為電極。

在焊接過程中，需要對焊接過程中的輸入熱量進行著重控制，一般采用較小的焊條直徑、較低的層間溫度和小的焊接線能量，可以提升沖擊韌性。對焊接接頭進行焊接后的熱處理工作[1]。

2裂縫原因分析

某企業進行水解反應釜焊接時，80%以上的焊縫中出現裂紋，其中以沿晶界開裂的縱向裂紋為主，最長貫穿整條焊縫。該設備內筒材質是22+3mm厚的鎳-鋼復合板。下面針對此情況進行原因分析，并提出針對性的應對措施，以更好地保證后續焊接的施工質量。

這一批的設備主要的材質使用的材料就是N6，這種材料的微觀結構主要就是單奧氏體組織，這種組織具備較好的塑型特征，同時這種材料在由液態向固態進行轉變的過程中能夠與一些元素形成一種結晶體，這種結晶體在通常情況下熔點都比較低。分析這些結晶體變成裂紋的主要原因一個是其種類可以分成不同形式的裂紋，一個是根據實際的情況這種裂紋的產生主要是在焊縫金屬的末期形成的，因此初步判斷這種裂紋的類型主要是兩種裂紋共存，一個是多變化的裂紋一個是高溫液化的裂紋，現階段對現場的兩種裂紋進行分析，如下：

其中一處裂紋為縱向裂紋，斷口處沒有明顯的塑性變形，為高溫低塑性開裂特征，同時裂紋的出現時間為固相線以下的再結晶溫度區間，應為多變化裂紋。該裂紋的形成原因是在高溫和應力的雙重作用下，晶格的缺陷出現了位移，因焊接過程本身屬于不平衡的冶金過程，容易出現較多的空位等缺陷，這些晶格缺陷匯集、擴大，最終形成了多變化裂紋。

另外一處裂紋出現在母材向焊縫突進部分，屬于熔合線凹進焊縫，出現過熱的情況，導致高溫液化裂紋的出現。產生高溫液化裂紋的主要原因是發生了晶間液膜，在焊接熱循環峰值溫度的作用下，在熱影響區和多層焊的層間出現了重熔，拉應力作用下產生裂紋[2]。

3工藝改進試驗

3.1 設計措施

（1）選擇合理的焊縫尺寸和焊接方法，不同的焊接方法對焊接質量控制具有直接的關系。

（2）盡量控制減少焊接接縫的數量，從而保證焊接裂紋的較少發生。

（3）焊縫的位置盡量保證其在截面的中性軸位置上，確保不會出現裂紋出現。

3.2 施工措施

（1）焊接方法：為了更好地實現焊接過程中的熱量控制，可以選擇熱源相對集中的焊接方法（二氧化碳保護焊），按照合理的焊接工藝順序進行焊接有助于控制焊接過程中的殘余應力，一般需要遵循先對接，后角接。

（2）焊材的合理管理與選擇。為了保證焊接的質量，需要對焊材進行品質控制，首先對來樣進行嚴格的質量檢測，篩選出不滿足要求的焊材。另外，焊材的存儲環境需要進行控制，一般需要保證環境中的溫度在5℃以上，環境濕度不超過60%，否則需要進行除濕。倉管人員需要每天定時檢測環境的溫度和濕度。焊條使用前，需要按照使用說明進行烘干處理，烘干時升溫速度一般控制在每小時150℃以下，避免升溫速度過快對藥皮產生開裂影響。

（3）坡口加工通常情況下采用的一種切割形式就是等離子切割，這種形式不能將熔渣灑落在坡口等處。切割后采用相應的設備如刮刀對坡口的邊緣毛刺進行修正，確保斷面能夠平滑整齊，不會對其他的焊接工作造成影響，在坡口對接工作中需要保障簡體的錯邊量控制好，浮層的厚度需要保障在百分之三十以內。

在進行坡口預熱時，一般采用熱電偶加熱方式，當熱電偶溫度達到規定要求后，需要保持幾分鐘，保證坡口位置能夠充分加熱。采用紅外探測坡口表面溫度，當其達到規定溫度值后，方可停止預熱[3]。

4結束語

不同焊接方法直接影響焊接的質量，對鎳-鋼復合板進行焊接操作時要對焊接過程中的關鍵點進行控制，采用合理的焊接預處理方法和焊接施工方法，有效避免裂紋的出現。

參考文獻

[1] 代付榮.鎳-鋼復合板復層裂紋開裂成因及解決方法[J].中國化工裝備，2019，21（1）：25-28，50.

[2] 張衛剛，李媛媛，孫旭東，等.壓力容器用爆炸焊接304/SA-516Gr70復合板熱處理工藝研究[J].中國金屬通報，2018（5）：141-142.

[3] 王瑞奇.鎳基合金復合鋼板的焊接標準及焊接工藝探析[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（6）：13-14.