探討球罐施工防冷裂具體措施

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摘要：分析了球罐焊接冷裂紋產生的機理，提出了在球罐施工中防止冷裂紋產生的具體措施，經現場施工驗證，該措施較好地解決問題，保證了球罐的制造質量。

關鍵詞：球罐；焊接；冷裂紋；預防措施

一、引言

球罐一般是用不來儲存易易爆甚至有毒的介質，一旦發生破壞其后果是極其嚴重的。根據大量的統計表明，球罐的破裂多數源于焊縫及其熱影響區，而焊縫及其熱影響區發生破裂在于冷裂紋，因此，防止冷裂紋產生是球罐建造質量的關鍵。

二、產生焊接冷裂紋的原因

焊接冷裂紋在焊后較低的溫度下形成。由于這種裂紋形成與氫有關，且有延遲開裂的特點，因此又稱之為焊接氫致裂紋或延遲裂紋。

產生焊接冷裂紋的三個必要條件：

（1）氫。氫的主要來源是焊材中的水分和焊接區域中的油污、鐵銹、水以及大氣中的水汽等。這些水、鐵銹或有機物經焊接電弧的高溫熱作用分解成氫原子而進入焊接熔池中。在焊接過程中氫除向大氣中擴散外，余下的在焊縫中呈過飽和狀態，即在焊縫中存在著擴散氫。根據氫脆理論，這種擴散氫將向應變集中區（如微裂紋或缺口尖端附近）擴散，當該區的氫濃度達到某一臨界值時，裂紋便繼續擴展。

（2）應力。依據目前國內及國際的施工水平，在球罐的組裝過程中總會存在或多或少的強力組對，所以在組裝完成后便存在著內應力，這種應力在焊后整體熱處理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一個局部加熱過程，在焊接過程中產生應力與應變的循環，因此球罐焊接后必然存在殘余應力。

（3）組織。焊接熱影響區組織中過硬的馬氏體含量越多越容易產生冷裂紋。

三、防止產生焊接冷裂紋的措施

（1）盡量選用對冷裂紋不敏感的材料選用內在質量好的母材。即選用碳當量低的優質鋼材，尤其是避免母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必須對板材進行嚴格的超聲波檢查，對有嚴重夾層等缺陷的鋼材不得使用。

（2）盡量減少氫的來源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊條，必要時要采用超低氫型的焊條；第二，焊條使用前一定要按產品使用說明進行烘干，并貯存在100~150℃的恒溫箱中，在使用時放入保溫筒內并隨用隨取，在保溫筒內存放時間不得超過4h，否則要按原烘干溫度重新烘干，重復烘干不得超過兩次；第三，要徹底去除焊接坡口表面及坡口兩側20mm范圍內的油污、水分，、鐵銹及其他雜物；第四，不在雨雪天及空氣相對濕度大于90%時施焊；第五，采取有效的防風措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離保護。

（3）選用適當的焊前預熱溫度和預熱范圍。適當的預熱溫度降低了焊縫冷卻速度，可使氫更易從焊縫熔池向大氣中擴散，減少了焊縫中擴散氫含量，并且可以降低焊接區的溫度梯度和焊縫的冷卻速度，盡量減少馬氏體的含量，減小溫差應力。預熱溫度應通過工藝評定來確定，預熱范圍一般為坡口兩側三倍球殼板厚度且不小于100mm。當環境溫度低時還應增大預熱溫度和預熱范圍。對縱縫應整條焊縫同時預熱，不能分段預熱。

（4）選用適當的后熱溫度和后熱時間。隨著焊接層數的增多，焊縫中擴散氫會逐漸積累。因此焊后應立即進行后熱，使擴散氫有充分的時間溢出，同時還可以降低焊縫中的殘余應力，減少冷裂紋產生的機率。

（5）焊接過程中保持適當的層間溫度，適當的層間溫度也能延緩焊縫的冷卻時間，起到一定的去氫和降低殘余應力的作用，層間溫度不得低于預熱溫度下限值。

（6）采用合適的線能量。若焊接線能量過小，焊縫熱影響區容易出現淬硬組織，再加上擴散氫的作用，焊縫容易產生冷裂紋；若線能量過大又會使焊縫熱影響區的軟化區寬度增加，使焊縫缺口的韌性降低，球罐整體的機械性能下降。

（7）防止強力組對。在球罐組對過程中選用合適的工藝和組裝機具，盡量避免強力組對。強力組對將使球罐在焊接前就存在強大的附加內應力，這種內應力在焊后也不可能完全消除。

（8）減小錯邊和角變形。在錯邊和角變形存在的部位，曲率發生了突變，所以焊后將會存在強大的殘余內應力。

（9）采用合理的焊接順序。當采用合理的順序焊接時，整臺球罐將同時對稱地收縮或膨脹，這樣能控制焊接變形，減小焊接殘余應力。球罐焊接應遵循先縱縫后環縫，先大坡口后小坡口，先赤道后溫帶最后極帶的原則，而且焊工應對稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要采用分段退焊法，分段長度為600~700mm。

（10）避免工藝缺陷的產生。咬邊、未焊透、長條狀夾渣等工藝缺陷部位是應力集中區，這些部位容易產生冷裂紋。

(11)確保封底焊縫的質量，封底焊縫要自上而下焊接，不能采用擺動、挑弧、滅弧的施焊方法。

四、結束：

在隨后制造的1000m3球罐的施工中，通過嚴格執行以上措施，很好的控制了制造過程中產生的焊接缺陷，避免了冷裂紋的問題，確保了球罐的質量。

參考文獻：

1、GB12337-1998鋼制球形儲罐

2、GB50094-98球形儲罐施工級驗收規范