球罐焊接冷裂纹产生的原因和预防措施

摘要：本文致力于分析焊接中冷裂纹产生的原理，并且就其最重要的三个因素氢、应力还有组织做了简单的解析，通过分析球罐低温钢焊接冷裂纹产生的机理，从材料选择，焊接工艺还有焊接前后处理等各个方面列举了改善措施。这些措施正确有效的遵守以后，能较好地解决产生冷裂纹的问题，可以很好地保证球罐的质量。

关键词：球罐;焊接‘冷裂纹;温度’

引言：

球罐是作为一种容器一般是用来储存易燃易爆或者有毒的介质，所以如果球罐因为出现焊接问题发生了爆炸其造成的结果是相当严重的。而造成球罐的焊接结构出现问题，很大程度上都是因为出现了焊接裂纹的关系。吉林就曾发生过一起因为焊接冷裂纹导致球罐发生破裂的意外事故。所以，在焊接球罐时有效地避免冷裂纹的出现，对于减少此类事故的发生具有重大的意义。

一、焊接冷裂纹概述

焊接裂纹是由于焊接后处于温度比较低的环境下而导致冷却速度变快后大概率出现的一种裂纹。这个裂纹的形成和氢这个元素有着紧密的联系。冷裂纹的本身具有着延迟开裂的特征，所以又被叫做焊接氢致裂纹或者延迟裂纹，也是这个特点导致出现球罐破裂的事故。

冷裂纹的有着四种比较典型的案例，区分它们主要依靠其分布的具体位置和产生的情况：第一种，焊道的下裂纹，主要在距熔合线0.1到0.2mm的近缝区以内，它的走向和熔合线是平行一致的，且一般情况下，在与焊接接头的表面是不太显露出来的。第二种是缺口裂纹，它一般出现在受力比较集中的部位。第三种是横裂纹，这类冷裂纹的分布主要是从焊接的熔合线相周围的影响区蔓延的一种形状，裂纹一般和焊缝是基本垂直的关系，在球罐上的横向焊缝常常出现。第四种是凝固过渡层裂纹，裂纹主要在焊缝的未混合区或者凝固的过渡层中出现。

二、焊接冷裂纹的形成条件

焊接冷裂纹的形成主要和三个重要的因素有关，包括氢，组织和应力

（一）氢。焊接的材料以及焊接区域内的水汽油污等类似的杂物都是氢的主要来源，在焊接的过程中受到高温的影响导致其发生了分解，氢原子因此进入到了熔池中，成为了冷裂纹发生的重要条件之一。

（二）组织。马氏体的分布数量和冷裂纹产生的几率成正比关系，马氏体的数量越多，产生冷裂纹的几率就越大。

（三）应力。焊接的施工工艺本身就是对于局部进行高度加热，施工的过程中会产生应力和应变的循环，所以在焊接结束之后会产生一部分应力的残留，也就是冷裂纹产生的第三个重要条件。

三、影响冷裂纹形成的因素

作为冷裂纹产生的三个重要条件。所有对氢，组织，还有应力有着明显影响的因素都会对焊接之后冷裂纹的产生有着重大的影响。

（一）焊接的环境：所处的环境温度影响着焊接后焊接处的冷却速度，也就影响着氢的冷却速度，所以所处的环境对焊接之后冷裂纹的是否产生有着重大的影响。

（二）预热：当预热的温度很高的时候，焊缝中的氢含量就会相应的下降，同时预热温度越高，焊接后的冷却速度就会越慢。冷却速度影响着氢的扩散和马氏体的数量，而这两个因素是冷裂纹产生重要的两个条件[1]。

（三）焊接线能量：焊接线的能量越大，就能更好的帮助后续氢元素的扩散，产生冷裂纹的几率越低，相反焊接线的能量越低，产生冷裂纹的几率越大。

（四）焊接的材料：因为氢是冷裂纹形成的重要因素之一，所以所选择的焊接材料氢的含量大小很大程度上影响着产生冷裂纹的几率，或者烘烤不到位导致焊缝中的氢含量过高的时候，都会相应的增大冷裂纹出现的几率。

四、防止产生冷裂纹的措施

（一）尽量的减少氢的来源

对于球罐焊接材料的选择，普遍采用含氢量比较小的焊条或者超低氢含量的焊条。对于焊条的储存环境选择在要在100到150℃的恒温箱中，使用的时候根据其使用说明提前进行烘干。要将焊接的坡口以及两侧20mm之内的杂物清除干净，防止在焊接的过程中产生氢。要天气较为湿润的时候施行焊接，采取一定的防风举措，防止出现吹弧的现象。

（二）选用冷裂纹不敏感的材料

在设计的时候可以选用碳当量比较低的一些钢种，设计在选材的时候尽量选用一些对冷裂纹没有那么敏感的材料。

（三）选用适当的焊前预热温度还有预热的范围

对于焊接对象的预热可以很有效的减少焊接坡口及周围的杂物影响，焊接的预热温度选择要适当。合适的预热会让焊缝的冷却速度变低，氢可以更加容易的从焊缝中向外扩散，能有效让焊接去的温度梯度降低下来，焊缝的冷却速度也会缓和下来。

（四）选用适当的后热温度和时间

进行后热的时候可以加速氢的向外扩散，同时对于焊接接头的组织也有一定的改善作用。随着焊接层数的持续增多，焊缝中的扩散氢会越来越多，所以在焊接以后要立刻进行后热的程序，给予氢充分的向外扩散时间。温度和时间分别控制在200到250℃和05到1h。

（五）焊接的过程中对于层间温度要保持。

焊接的过程中对于层间温度要进行保持，温度的选择大概不能低于预热时候温度的最低值，层间温度的保持之对减少冷裂纹的产生几率有着重要的作用。

（六）采用合适的线能量

焊接线的能量影响着焊接的结果[2]。如果焊接线的能量太低的话，会导致焊缝的热影响区出现其他問题，氢不能很好地扩散，很大程度上加大了在焊缝附近出现冷裂纹的概率，如果焊接线的能量太大对于避免冷裂纹的产生有很大的帮助，但也却会因为能量的过大而导致热影响区域出现其他的问题，最终导致接头处的塑韧性下降。

（七）防止强力组队

组装的工艺方面，要采用最适合的组队，尽可能的避免出现强力组队的情况，防止出现因为强力组队出现太大的组内对应力。并且要尽可能降低组队错边量还有棱角度。

（八）在球罐焊接的过程中，对于焊接的工艺一定要熟练精巧，防止因为操作的问题出现工艺方面的问题，例如，咬边，没有焊接透彻，长条状夹渣等等。这些都是工艺方面的问题缺陷。

（九）在球壳板上不能随便的进行引弧，避免出现板壳上的引弧处的冷却速度比正常焊接时候的冷却速度要高的情况。

（十）工卡具的焊接和球罐焊接采用的是相同的手法，预热，后热，要避免冷却速度太高，从而产生冷裂纹。

（十一）焊缝出现返修的情况，必须严格按照和球罐相同的工艺，在返修前，用砂轮机磨除缺陷的时候，应该一样在焊缝部分预热。

结束语

影响焊接时候冷裂纹形成的原因是很多的，本文通过对焊接的各种过程中应该采取的相应措施进行了分析。总之，根据所给的措施进行焊接过程的改正，一定可以帮助类似的焊接工艺更好地进行，进而得到满意的结果。

参考文献：

[1] 陈新明. 球罐焊接冷裂纹的预防[J]. 油气田地面工程， 2006.

[2] 梁承勇， 崔勇力. 球罐焊接冷裂纹的产生原因与预防措施[J]. 科技创新导报， 2011， 000（004）：84-84.

作者简介：

姓名：闫建忠  出生年月—：1971.8  性别：男  民族：汉  籍贯：辽宁，开原  职务/职称：工程师  学历：大学  研究方向：焊接  单位全名：中国三冶集团有限公司  单位邮编 ： 114003