不锈钢复合板筒体出现裂纹原因和防止措施.doc

不锈钢复合板筒体出现裂纹原因和防止措施 　　摘 要：复合板设备成型时有其自身特点，对焊接工艺和坡口形式有特殊要求。在生产不锈钢复合板筒体的过程中经常会出现裂纹等问题，直接影响到其质量。文章就针对这方面问题进行阐述，并提出相应的解决措施。 关键词：不锈钢复合板；坡口；过渡层；焊接 1 概况 因为不锈钢复合板兼有不锈钢的耐蚀性和碳钢的价格及强度优势，随着它的制造技术日渐成熟，在容器器制造中的应用日益广泛。某容器制造厂，制作了几台主材为16MnR+OCr18Ni9的不锈钢复合板，规格有（25+3）mm，（28+3）mm的压力容器。在首台压力容器制造中筒节既没有留型遒，也没预压的情况下，筒节纵缝全部焊完后，校圆时发现在焊缝中及热影响区有裂纹出现，裂纹方向沿着焊缝，有的在复层，有的在基层，有的甚至从基层裂到复层。为此技术人员分析原因，制定处理措施。 2 原因分析 筒节发生裂纹后，查看了原材料，基层、复层及复合板的化学成分，机械性能都符合相关标准要求。由于裂纹出现在筒节校圆后的焊缝和焊缝的热影响区，故从以下方面进行分析。 2.1 16MnR和OCrI 8Ni9是两种不同的材质，其化学成分、物理性能及晶体组织存在很大差异，导致在焊接中容易出现以下问题。 2.1.1 16MnR和OCrl 8Ni9在焊接过程中稀释作用强烈，使过渡层、复层焊缝中含碳量增多，增大了结晶裂纹倾向；焊接熔合区则可能出现马氏体组织而导致硬度和脆性增加；同时由于基层与复层的含铬量差别较大，促使碳向复层迁移扩散，在其交界处的焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，即在基层侧（16MnR）形成脱碳层，而在复层侧（OCrI 8Ni9形成增碳层，两侧性能相差悬殊，这一过渡层的存在往往使塑性性能局部恶化，该过度层导致筒节在校圆承受压应力时容易出现裂纹。 2.1.2 由于复层和基层材料的导热系数和线膨胀系数相差较大，不锈钢的导热系数约为碳钢的1I3，线膨胀系数是碳钢的1.5倍，随着温度的升高，膨胀的差值也相应地增加。因此复合板在焊接过程中，多次热循环会使焊接接头内部产生很大的内应力。同时由于在焊接过程中，加热和冷却的不均匀，使得沿基层厚度的方向上产生很大的残余应力，这种残余应力在复层表面上形成拉伸应力，造成了复合钢板焊接后复层表面易产生裂纹，特别是微裂纹较为明显。而这些微裂纹在筒节校圆过程中则使裂纹扩展，形成更大的裂纹。 2.1.3 焊缝热影响区处性能薄弱，筒节校圆是一种加压过程，在加压过程中热影响区易产生裂纹。 2.2 坡口形式及焊接工艺不合理 2.2.1 坡口形式及相应的焊接工艺不合理。以板材厚度规格为（28+3）mm为例，原来筒节的纵焊缝的坡口形式如图1所示。 图1 焊接工艺 ①手工氮弧焊封底（TGFA-308L）；②手工电焊（A302）；③手工电焊（J507）；④埋弧焊（（H10MnSi+SJ 101） 2.2.2 坡口形式的不合理有以下几个方面：（1）因为不锈钢复合板的焊接关键是在基层与复层的交界处（即过渡层），通过前面的分析知道，此处易出现应力集中、马氏体组织和热裂纹等缺陷，此种坡口形式及焊接工艺虽然减小了清根的工作量，但对复层的焊接高度不好控制，加上错边量的影响，基层与复层交界处（即过渡层）的位置也不好确定，也就谈不上对各种缺陷的控制。（2）焊接复层时合金元素很容易熔入基层母材中，造成对复层焊缝的稀释，易出现马氏体组织。 2.3 筒节制作工艺不合理 筒节在滚圆前应增加压头工序，但该厂在采购板材时，为了节约成本，按封头实际周长展开尺寸采购板材，没留带头板；也没有进行压头，加上板材又比较厚，筒节直径比较小（中1000mm），要想使己经焊接完毕的筒节上焊缝两边较短的直边段变成圆形，就需要在筒节校圆过程中，施加很大的压力；筒节校圆过程中筒节的受力情况就比较复杂，既有来自于上辊向下的压力，也有辊子向两侧的切向力，此时焊缝内侧处于受压区，外侧是受拉状态，特别是由于筒体焊缝内外余高都没有打磨导致受力不均匀，在焊缝经过上辊时，前进后退过程中冲击力较大，导致基层外侧焊缝热影响区处容易产生裂纹。由于直边段的存在，在筒节校圆过程中，施加在焊缝两边的直边段的压应力很大，相应地在焊缝两侧外表面产生很大的拉应力，当拉应力超过焊缝或热影响区材料的强度极限时，裂纹就出现了。 3 采取的措施 3.1 在筒体卷圆前，增加压头工序，筒节焊缝处基本没有直边存在，曲率比不压头时的曲率要大，则校圆过程中的塑性变形较小，加载的压力相对于不压头时要小得多，此时焊缝及热影响区承受的压力也较小，也就减小了出现裂纹的可能性。 3.2 在焊完基层后，不焊过渡层和复层就校圆。因为焊过渡层及复层时，对焊缝及热影响区处基