筒体与法兰盘焊接裂纹原因分析

李永兴

西安电力机械厂 陕西 西安 710038

1 概况

在DTM320/580磨煤机筒体与法兰盘焊接过程中，曾发现法兰盘出现裂纹，裂纹沿园周分布，约有100多条，裂纹为横向裂纹，在此后的另一端焊接中出现了同样的问题，如果这样的问题继续出现，将会给制造企业带来巨大的经济损失。因此，我们必须要弄清事故的原因所在，避免此类事件的再此发生。

通过大量的试验分析，裂纹产生的主要原因是由于法兰盘中锡含量过高，并且形成了锡的夹杂物，这些夹杂物对钢的焊接性、可切屑性等起了重大的影响，使钢在焊接过程中产生锡脆，引起裂纹。

2 试验

大法兰盘的材料为ZG25，热处理采用退火3－艺（880℃X4h），焊接工艺为埋弧自动焊。

2.1 化学成份分析

对法兰盘取样，进行常规检验，检验结果如下表1：

2.2 硬度试验

2.2.1 本体硬度试验

对法兰盘和筒体做硬度试验，试验结果如下表2：

表1 材料化学成分表

表2 本体硬度试验结果

2.2.2 显微硬度试验

对试样中的珠光体、铁素体及未知的圆球状组织进行显微硬度试验，试验结果如下表3：

表3 显微硬度试验结果

2.3 金相检查

1）对法兰盘本体进行检查，组织为F+P

2）显微组织检查，参见图1

（1）晶粒大于I级标准，参考YB27-77。

（2）除正常的F+P外，还有一些圆球或趋于圆球状的组织，有双晶界。

图1 500X

2.4 能谱分析

对圆球状组织区域及基体组织的化学成份进行了分析，分析结果如下表4：

表4 能谱分析结果（%）

3 试验结果分析

1）通过常规的化学成份分析，其元素含量符合有关标准的规定。

2）本体硬度试验结果说明，退火后的法兰盘的硬度较高，不符合ZG25材质要求，根据标准，ZG25的硬度应在HB l67左右。

从显微硬度的结果看，其珠光体、铁素体的硬度都偏高，而且圆球状组织的硬度更高。

3）从本体组织看，法兰盘为ZG25的正常组织（F+P），但其晶粒粗大；从显微组织上看，P清晰完整，没有发生变化，但基体上有一些圆球状组织，晶界中也有白色组织。

4）从能谱分析的结果来看，基体组织上存在着锡，其含量在1.52%左右，而圆球状的组织中，锡含量更高，达3.19%左右。

综合以上分析，主要是由于材料中的锡含量过高，（一般在钢中出现的总量约在0.1%左右，而在此材料中，锡含量达1.52%，甚至达到了3.19%左右，大大超出了规定值）锡为微量痕迹有害元素，其对钢的热塑性、蠕变强度、焊接性和耐腐蚀性产生有害影响，并能导致钢的不同形式的脆性。锡的加入，改变了材料的显微组织，促进了析出强化，在晶界析出了低熔点的共晶化合物，使晶界弱化。形成的这些有害的夹杂物在切削中能起到脆化切屑的作用，从而加剧了切削刀具的磨损，降低了刀具的使用寿命。并且，在钢中产生的这些锡的夹杂物，成为应力集中源，在焊接应力的作用下，容易使工件产生裂纹。因此，在法兰与筒体的焊接中，由于锡的夹杂物的存在，导致了法兰盘产生裂纹。

另外，从金相检查结果看，材料的晶粒粗大，这是由于在铸造或热处理时温度控制不当造成的。晶粒粗大对钢的机械性能会产生一些不良影响，如朔性、韧性降低，特别是材料低温时的韧性。所以，在铸造和热处理时，也应采取必要的措施，阴止晶粒粗大，也可以加入一些微量元素来细化晶粒，从而达到提高钢材机械性能的目的。

4 预防措施

由于微量元素是在炼钢时，无意中由原材料带入的，而不是有意添加的，所以在钢的常规分析中往往不能被检测出来。因此在炼钢的过程中应加强管理及炉前化验，彻底杜绝有害痕迹元素的混入或者添加一定的有益元素来抵消这些有害元素的影响，以提高钢材的品质。另外在焊接过程中应严格遵照焊接工艺，采取必要的保护措施，以降低焊接应力，防止裂纹产生。

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