镍-钢复合板压力容器焊接裂纹的分析及改进工艺研究

骆雪娇

摘 要 镍-钢复合板在进行焊接操作时，因两种金属材质存在不同的焊接特性，容易出现焊接裂纹，影响焊接设备的正常使用。本文对该复合材料焊接过程中的裂纹产生原因及控制措施进行分析，在焊接过程中采取有效的控制措施实现控制裂纹的目的。

关键词 焊接裂纹;镍-钢复合板;分析改进

引言

随着化工企业工艺要求的不断严苛，设备使用性能要求更高，一些材质开始在化工设备中应用。镍金属具备的优点十分的明显尤其是其耐腐蚀性，与其他材料相比，镍-钢复合板作为一种新型复合材料经常在压力容器中进行应用，虽然在当前已经制定了相关的标准，但对其焊接工艺的评定还未出台对应性标准，因此焊接人员进行焊接时还是依靠经验进行焊接操作，由于两种金属具有不同的焊接性能，热膨胀系数存在差异性，容易出现焊接裂纹，导致设备焊接不达标，对焊接中的裂纹进行分析，并采取有效措施控制焊接中的裂纹产生十分关键。

1焊接方法概述

焊接方法的不同，对最终焊接质量有直接的影响。

1.1 焊条电弧焊

电弧焊接方式利用焊条和焊接为电极，利用电极阴阳两极之间产生的电弧热进行焊接，在焊接过程中，电弧热能够有效地融化焊接金属和母体，随着热源的移动，母体的不同位置进行融化、冷却形成焊缝。电弧焊接具有操作简单，投资少等优势，适用于不同位置的焊接。目前几乎所有的金属焊接均可以使用电弧焊接方式。另外，该焊接方式不受焊接位置和地点的约束，适用性强。

1.2 氩弧焊

氩弧焊接作为一种不同的电弧焊接方式主要采用的是惰性气体进行保护，其中主要的优势就是提升了保护工作的效果，同时这种气体作为一种惰性气体不会与金属产生反应，同时在耐热钢以及不锈钢等材料的焊接方面都有一定的优势。同时这种气体是一种使用效果较好气体，因此在一定程度上提升了焊接质量。氩弧焊接还可以分成两种形式，一种是钨极氩弧焊，另外一种是熔化极氩弧焊，这两种形式一种是将钨棒作为电极，另外一种是将焊丝作为电极。

在焊接过程中，需要对焊接过程中的输入热量进行着重控制，一般采用较小的焊条直径、较低的层间温度和小的焊接线能量，可以提升冲击韧性。对焊接接头进行焊接后的热处理工作[1]。

2裂缝原因分析

某企业进行水解反应釜焊接时，80%以上的焊缝中出现裂纹，其中以沿晶界开裂的纵向裂纹为主，最长贯穿整条焊缝。该设备内筒材质是22+3mm厚的镍-钢复合板。下面针对此情况进行原因分析，并提出针对性的应对措施，以更好地保证后续焊接的施工质量。

这一批的设备主要的材质使用的材料就是N6，这种材料的微观结构主要就是单奥氏体组织，这种组织具备较好的塑型特征，同时这种材料在由液态向固态进行转变的过程中能够与一些元素形成一种结晶体，这种结晶体在通常情况下熔点都比较低。分析这些结晶体变成裂纹的主要原因一个是其种类可以分成不同形式的裂纹，一个是根据实际的情况这种裂纹的产生主要是在焊缝金属的末期形成的，因此初步判断这种裂纹的类型主要是两种裂纹共存，一个是多变化的裂纹一个是高温液化的裂纹，现阶段對现场的两种裂纹进行分析，如下：

其中一处裂纹为纵向裂纹，断口处没有明显的塑性变形，为高温低塑性开裂特征，同时裂纹的出现时间为固相线以下的再结晶温度区间，应为多变化裂纹。该裂纹的形成原因是在高温和应力的双重作用下，晶格的缺陷出现了位移，因焊接过程本身属于不平衡的冶金过程，容易出现较多的空位等缺陷，这些晶格缺陷汇集、扩大，最终形成了多变化裂纹。

另外一处裂纹出现在母材向焊缝突进部分，属于熔合线凹进焊缝，出现过热的情况，导致高温液化裂纹的出现。产生高温液化裂纹的主要原因是发生了晶间液膜，在焊接热循环峰值温度的作用下，在热影响区和多层焊的层间出现了重熔，拉应力作用下产生裂纹[2]。

3工艺改进试验

3.1 设计措施

（1）选择合理的焊缝尺寸和焊接方法，不同的焊接方法对焊接质量控制具有直接的关系。

（2）尽量控制减少焊接接缝的数量，从而保证焊接裂纹的较少发生。

（3）焊缝的位置尽量保证其在截面的中性轴位置上，确保不会出现裂纹出现。

3.2 施工措施

（1）焊接方法：为了更好地实现焊接过程中的热量控制，可以选择热源相对集中的焊接方法（二氧化碳保护焊），按照合理的焊接工艺顺序进行焊接有助于控制焊接过程中的残余应力，一般需要遵循先对接，后角接。

（2）焊材的合理管理与选择。为了保证焊接的质量，需要对焊材进行品质控制，首先对来样进行严格的质量检测，筛选出不满足要求的焊材。另外，焊材的存储环境需要进行控制，一般需要保证环境中的温度在5℃以上，环境湿度不超过60%，否则需要进行除湿。仓管人员需要每天定时检测环境的温度和湿度。焊条使用前，需要按照使用说明进行烘干处理，烘干时升温速度一般控制在每小时150℃以下，避免升温速度过快对药皮产生开裂影响。

（3）坡口加工通常情况下采用的一种切割形式就是等离子切割，这种形式不能将熔渣洒落在坡口等处。切割后采用相应的设备如刮刀对坡口的边缘毛刺进行修正，确保断面能够平滑整齐，不会对其他的焊接工作造成影响，在坡口对接工作中需要保障简体的错边量控制好，浮层的厚度需要保障在百分之三十以内。

在进行坡口预热时，一般采用热电偶加热方式，当热电偶温度达到规定要求后，需要保持几分钟，保证坡口位置能够充分加热。采用红外探测坡口表面温度，当其达到规定温度值后，方可停止预热[3]。

4结束语

不同焊接方法直接影响焊接的质量，对镍-钢复合板进行焊接操作时要对焊接过程中的关键点进行控制，采用合理的焊接预处理方法和焊接施工方法，有效避免裂纹的出现。

参考文献

[1] 代付荣.镍-钢复合板复层裂纹开裂成因及解决方法[J].中国化工装备，2019，21（1）：25-28，50.

[2] 张卫刚，李媛媛，孙旭东，等.压力容器用爆炸焊接304/SA-516Gr70复合板热处理工艺研究[J].中国金属通报，2018（5）：141-142.

[3] 王瑞奇.镍基合金复合钢板的焊接标准及焊接工艺探析[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（6）：13-14.