大口径水管线终端裂纹原因及预防

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大口径水管线终端裂纹原因及预防

徐志勇大庆油田工程建设公司建材公司

埋弧焊纵缝终端裂纹产生的主要原因是由于该部位存在着较大的拉伸应力和特殊的温度场，裂纹是二者共同作用的结果。采取减少筒体纵缝应力，适当地加大引弧板尺寸，加强定位焊的质量控制，严格控制焊接热输入量，提高筒体滚制质量及焊缝的形状等措施，能有效防止埋弧焊终端裂纹的产生。

埋弧焊；终端裂纹；纵缝应力；措施

1 原因分析

（1）终端焊缝部位温度场的变化。采用埋弧焊焊接时，当焊接热源靠近纵焊缝终端部位时，焊缝端部正常的温度场将发生变化，越靠近终端其变化越大。由于引弧板的尺寸远比筒体小，其热容量也小，而引弧板与筒体之间只靠定位焊连接，因此终端焊缝部位的传热条件差，致使该部位局部温度升高，熔池形状发生变化，熔深也随之变大；同时熔池在高温下的停留时间变长，熔池凝固的速度变慢。

（2）焊接热输入量的影响。由于埋弧焊的焊接热输入量大，因而熔深大，熔敷金属量大，并且有焊剂层的覆盖，所以熔池大，熔池凝固速度和焊缝冷却速度都比其他焊接方法慢，致使晶粒较粗大，偏析较严重，为热裂纹的产生创造了极为有利的条件。

（3）应力的影响。在筒体预制中，采用埋弧焊焊接筒体纵焊缝时，当焊接电弧接近纵焊缝终端时，焊缝在沿轴向膨胀变形的同时，还伴随有垂直轴向方向的横向张开变形；在焊接过程中，因终端定位焊缝及引弧板的拘束作用，在焊缝终端产生较大的拉伸应力；当电弧移动到终端定位焊缝和引弧板上时，由于该部位受热膨胀变形，焊缝终端的横向拉伸应力得到松弛，拘束力减小，使得焊缝终端刚刚凝固的焊缝金属受到较大的拉应力而形成终端裂纹。

2 预防措施

（1）适当地加大引弧板的尺寸。引弧板必须有足够的尺寸，厚度宜与焊件相同，尺寸应视焊件的大小及钢板的厚度而定。对于一般的筒体，建议其长度和宽度最好不小于100mm。

（2）重视引弧板的装配及定位焊。引弧板与筒体之间的定位焊必须有足够的长度和厚度，一般来说定位焊缝的长度和厚度以不小于引弧板宽度和厚度的80%为宜，且要求为连续焊，不能简单地点焊。在纵缝两侧，对中厚板，应保证有足够的焊缝厚度，必要时应开一定的坡口。

（3）重视筒体纵缝的定位焊。在筒体卷圆后定位焊时，筒体的定位焊应从中央往两端施焊，每段焊缝长度不小于50mm，焊50mm断500mm。为进一步增加纵缝端部的拘束力，在纵缝终端部位的定位焊缝长度应不小于100mm，并应有足够的焊缝厚度，且不得有裂纹、未熔合等缺陷。

（4）严格控制焊接热输入量。筒体焊接过程中必须严格控制焊接热输入量，这不仅是因焊接接头力学性能的需要，而且对防止裂纹的产生有着十分重要的作用。埋弧焊焊接电流的大小对终端裂纹的敏感性有很大的影响，因为焊接电流的大小与温度场和焊接热输入量有直接关系。

（5）严格控制熔池形状及焊缝成形系数。埋弧焊焊缝熔池形状及成形系数与产生焊接裂纹的敏感性有着密切的关系，因此应严格控制熔池的大小、形状及焊缝的成形系数。

（6）减少纵缝应力。筒体滚制时若压头和滚筒参数不合理造成棱角度、圆度、错边量和间隙组对超标，或纵缝定位焊缝短而少时，将增加纵缝应力，从而增加端部裂纹的机会。为了避免出现端部裂纹应采用合理的压头和滚筒参数，辅以锤击或加热法消除组对应力，避免强力组对，从而减少纵缝应力。

3 结论

采用埋弧焊焊接筒体纵缝时产生纵缝终端裂纹是较为常见的，尤其是小直径筒体纵缝终端裂纹更为常见。通过试验与分析可知，埋弧焊纵缝终端裂纹产生的主要原因是由于该部位存在着较大的拉伸应力和特殊的温度场，裂纹是二者共同作用的结果。采取减少筒体纵缝应力，适当地加大引弧板尺寸，加强定位焊的质量控制，严格控制焊接热输入量，提高筒体滚制质量及焊缝的形状等措施，能有效防止埋弧焊终端裂纹的产生。

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.078