试用16 mnR钢板埋弧焊焊接产生裂纹分析

(广东石油化工学院，广东 茂名 525000)

0 引言

在压力容器生产领域使用较为广泛的16mnR钢板埋弧焊技术，在实际应用中很容易出现焊接裂纹等现象。而焊接裂纹作为焊接工艺中的一项重要的缺陷，一旦在焊接中出现，会给后续的工序带来较大的隐患，这就要求生产者在生产焊接的过程中，对焊接裂缝问题有足够的认识，并做好预防以及处理工作。本文将结合自身的研究经验，对16 mnR钢板埋弧焊产生焊接裂纹这一问题进行充分的论述，希望能为实际生产过程中的焊接质量提升提供一定的帮助。

1 16 mnR钢板埋弧焊焊接过程出现裂纹的性质特点

16 mnR钢板埋弧焊出现的裂纹一般存在于焊缝金属上，出现与焊缝同一方向上的裂缝，在具体的表现上，焊缝波浪线与裂缝呈垂直状态，而裂缝出现在焊缝表面后，呈现锯齿状，可以通过这些特征来对结晶裂纹进行判断，在16 mnR钢板埋弧焊接的过程中，很少出现其他种类的裂纹，所以只要出现这种与焊缝垂直，并在表面呈锯齿状的裂纹，基本上都可以判断为结晶裂纹。在结晶裂纹产生过程中我们对其进行总结，可以发现结晶裂纹有基础较为明显的特征：①结晶裂纹往往出现在对16 mnR钢板埋弧焊的第一道焊接中。②16 mnR钢板内部与焊剂中存在较多的碳元素以及其他易裂纹的金属成分后，焊接出现结晶裂纹的几率随之增大，这就说明无论是钢材还是焊剂，只要内部存在着不利成分，都会对结晶裂纹产生影响。③厚度较小的钢板(<20 mm)容易在熄弧板环节出现结晶裂纹；厚度较大的钢板(>20 mm)无论是纵缝还是环缝，都会出现裂纹，并且呈现出不规则、无规律等现象。

2 16 mnR钢板埋弧焊焊接出现裂缝的原因

2.1 产生结晶裂纹的原因

核心原因是结构内一些部位发生了一定程度的破坏。裂纹作为一种物理现象，在发生破坏的同时一定会存在力学上的反应。所以我们可以对造成这种局部破坏力量的来源进行分析，研究这种破坏力量的产生。

焊接是一种局部加热的操作过程，也就是说把部分金属进行融化，再对液化后的金属进行对接，而在金属液化结束后，逐渐地凝固放热，从而把两端的金属进行连接。这一过程伴随着放热和冷却，众所周知，焊接金属在凝固的过程中会出现体积减小的问题，并且焊缝内的金属在逐渐冷却凝固的过程中也会出现收缩状态，所以在焊缝处的液化金属与焊缝之外的金属产生了应力。焊缝开始结晶与凝固的过程中，拉应力并不会立刻引起裂纹，此刻的金属晶体逐渐生长，且液态金属尚有较好的流动性，可以在焊缝内流动，从而填满拉应力已经造成的裂缝和间隙。

随着温度的进一步下降，两侧金属柱状晶体所产生的拉应力不断扩大，而焊缝内尚存低熔点、凝固晚的共晶体，这种共晶体逐渐被已经形成的晶体推动，所以在焊缝即将凝固时，低熔点共晶体还处于液态，此时焊接处已经存在着较大的拉应力，由于液态不存在强度，所以使晶粒之间不能充分地进行结合。在这种应力的干涉下，逐渐使柱状晶体之间的空隙变大，由此产生了裂纹。所以从这一过程可以分析得出，如果不存在低熔点共晶体，晶粒之间可以比较牢靠地进行结合，即便应力存在，但由于晶粒之间的结合程度较高，也不会出现裂纹。所以焊接处的低熔点共晶体与拉应力都是产生裂纹的主要原因。拉应力在低熔点共晶体的作用下，从而产生了裂纹，也正是由于这种裂纹出现在焊缝结晶的过程中，所以被称之为结晶裂纹。

2.2 产生裂纹的影响因素

2.2.1 焊接线产生的能量影响

在埋弧焊的操作过程中，对于焊接的热输出远超其他焊接方法，所以焊接线的能量大小对于焊缝成形起到了至关重要的作用，焊缝的成形对于后期焊缝内部晶粒分布与受力情况存在着很大影响，所以焊缝成形直接影响到结晶裂纹是否产生，以及产生的程度如何。此外，焊缝在横向上的收缩量相交间隙张开量较小，所以也会导致横向拉伸力大于其他焊接方法。

2.2.2 焊缝的杂质含量以及应力

在焊缝结晶的过程中，低熔点结晶的主要来源就是焊缝中存在的杂质，这种情况主要是因为低熔点共晶物在结晶时会转移到晶界，从而出现液态薄膜，在凝固过程中，焊缝金属由于收缩而产生拉应力，但是液态薄膜不能承受应力，最终产生裂纹。所以要避免热裂纹的产生，首先就要对焊缝金属内杂质的含量进行控制，由此可以看出裂缝是焊接应力与金属杂质的共同作用。

3 16 mnR钢板埋弧焊焊接产生裂纹的应对措施

3.1 减小焊接部位的应力发生

1)控制好坡口形式。可以通过改变焊缝坡口的方式降低应力发生的程度，所以在焊接中尽量选择小坡口间隙。坡口间隙过大时，会导致在焊缝由液化凝固时收缩变大，从而应力随之增大。在钢板的划线阶段就要对板料的棱角度进行控制，保证在板料的每个环节都进行控制，以免出现间隙变大等现象。

2)降低背面点固焊的长度以及点数，从而降低坡口在横向上的局部刚度，也可以产生降低焊接部位应力的作用，但在焊接时，一定要注意不能出现烧穿等现象。

3)对焊件进行预热。通过对焊件的预热，也可以达到降低结晶裂纹出现的目的。加热的作用主要在于保持焊接部位的温度均匀，从而使焊缝两侧的温差减小。当温差较小时，会获得应力减小的效果。一些环境温度较低并且板材较厚的情况下，必须进行加热，减低内外的温差。

3.2 控制好焊缝金属的化学成分

低熔点共晶体与应力在裂纹问题上有着同样的重要性，与焊缝内部的成分有着紧密的关系，低熔点共晶体的出现与焊缝中的几种元素直接相关。如硫以及磷是属于对焊缝有害的成分，可以在焊缝的熔接过程中出现多种低熔点晶体。此外还有一些碳元素的影响，碳元素可以帮助焊缝技术提升淬硬性，所以也会导致焊缝内部的应力上升。此外，碳元素也容易在钢中结合其他元素，形成低熔点共晶体。所以在焊接的过程中，要对焊缝中的金属成分进行有效的控制，降低有害成分的含量，可以从以下方面来进行。①对金属的母材进行控制，一般压力容器需要使用的16 mnR钢板，要审查好质量证明书，避免使用C/S/P等元素含量较高的钢板，杜绝这种钢板应用于自动埋弧焊。②对焊剂的成分进行控制。焊缝对于焊剂的要求较高，生产中常常出现的焊剂S/P等超标等现象，都会造成焊接出现裂纹等现象，所以在使用焊剂之前，要对焊剂的质量进行审核，以免因为S/P等元素的超标产生焊接裂纹，从而影响质量。

4 结语

在生产压力容器的过程中，16 mnR钢板埋弧焊的自动焊有很大几率出现热裂纹，也就是结晶裂纹。结晶裂纹产生的原因，主要是由于材料中的低熔点共晶体存在并与焊接拉应力发生相互作用。所以低熔点共晶体与焊接拉应力存在着各自的规律，互相之间又有着一定程度上的影响。结晶裂纹的出现需要二者的共同参与，为避免这一问题的出现，就需要操作者对低熔点共晶体与焊接拉应力进行干涉，只有这样才可以有效避免16 mnR钢板埋弧焊在焊接过程中出现裂纹。