閥門常見(jiàn)焊接缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施（二）
——上海水興閥門有限公司ENG
大口徑的礦用配水閥的閥體采用焊接工藝制造
焊接在閥門制造中的作用：
1、密封面的噴焊，堆焊
2、鑄造件修補(bǔ)，閥體接管的焊接，閥座的焊接
3、焊接閥門（焊接式閘閥，焊接球閥等）
接下來(lái)我們?cè)僭敿?xì)分析一下這些焊接缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施。
1、裂紋
焊縫中原子結(jié)合遭到破壞,形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。
A、裂紋的分類
根據(jù)裂紋尺寸大小，分為三類：
(1)宏觀裂紋:：肉眼可見(jiàn)的裂紋。
(2)微觀裂紋：在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。
(3)超顯微裂紋：在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。
電站專用焊接截止閥
從產(chǎn)生溫度上看，裂紋分為兩類：
(1)熱裂紋：產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn),又稱結(jié)晶裂紋。這種二裂紋主要發(fā)生在晶界，裂紋面上有氧化色彩，失去金屬光澤。
(2)冷裂紋：指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點(diǎn)以下產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時(shí)間(幾小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng))才出現(xiàn)，故又稱延遲裂紋。
按裂紋產(chǎn)生的原因分，又可把裂紋分為：
(1)再熱裂紋:接頭冷卻后再加熱至500~700℃時(shí)產(chǎn)生的裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū)，一般從熔合線向熱影響區(qū)的粗晶區(qū)發(fā)展,呈晶間開(kāi)裂特征。
(2)層狀撕裂主要是由于鋼材在軋制過(guò)程中，將硫化物(MnS)、硅酸鹽類等雜質(zhì)夾在其中，形成各向異性。在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力的使用下，金屬沿軋制方向的雜物開(kāi)裂。
(3)應(yīng)力腐蝕裂紋:在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋。除殘余應(yīng)力或拘束應(yīng)力的因素外,應(yīng)力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態(tài)有關(guān)。
B、裂紋的危害
裂紋,尤其是冷裂紋,帶來(lái)的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理，選材不當(dāng)?shù)脑蛞鸬囊酝猓^大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。
C、熱裂紋(結(jié)晶裂紋)
(1)結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)大致在固相線附近的高溫區(qū)，*常見(jiàn)的熱裂紋是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過(guò)程中，結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點(diǎn)共晶物富集于晶界，形成所謂“液態(tài)薄膜"，在特定的敏感溫度區(qū)(又稱脆性溫度區(qū))間,其強(qiáng)度極小，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，*終開(kāi)裂形成裂紋。結(jié)晶裂紋*常見(jiàn)的情況是沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開(kāi)裂，為縱向裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚�(gè)柱狀晶之間，為橫向裂紋。弧坑裂紋是另一種形態(tài)的,常見(jiàn)的熱裂紋。
熱裂紋都是沿晶界開(kāi)裂,通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料氣焊縫中
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(2)影響結(jié)晶裂紋的因素
合金元素和雜質(zhì)的影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加,會(huì)擴(kuò)大敏感溫度區(qū),使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多。
冷卻速度的影響冷卻速度增大,一是使結(jié)晶偏析加重,二是使結(jié)晶溫度區(qū)間增大,兩者都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)機(jī)會(huì)；
結(jié)晶應(yīng)力與拘束應(yīng)力的影響在脆性溫度區(qū)內(nèi),金屬的強(qiáng)度極低,焊接應(yīng)力又使這飛部分金屬受拉,當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。
(3)防止結(jié)晶裂紋的措施
減小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量較低的材料焊接。
加入一定的合金元素,減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細(xì)化晶粒。
采用熔深較淺的焊縫,改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。
合理選用焊接規(guī)范,并采用預(yù)熱和后熱,減小冷卻速度。
采用合理的裝配次序,減小焊接應(yīng)力。
D、.再熱裂紋
(1)再熱裂紋的特征
再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱粗晶區(qū)。產(chǎn)生于焊后熱處理等再次加熱的過(guò)程中。
再熱裂紋的產(chǎn)生溫度:碳鋼與合金鋼550~650℃奧氏體不銹鋼約300℃
再熱裂紋為晶界開(kāi)裂(沿晶開(kāi)裂)。
*易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中。
與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。
(2)再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理
再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋,其中模形開(kāi)裂理論的解釋如下:近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫h(huán)作用下,強(qiáng)化相碳化物(如碳化鐵、碳化饑、碳化鏡、碳化錯(cuò)等)沉積在晶內(nèi)的位錯(cuò)區(qū)上,使晶內(nèi)強(qiáng)化強(qiáng)度大大高于晶界強(qiáng)化,尤其是當(dāng)強(qiáng)化相彌散分布在晶粒內(nèi)時(shí), 阻礙晶粒內(nèi)部的局部調(diào)整,又會(huì)阻礙晶粒的整體變形,這樣,由于應(yīng)力松弛而帶來(lái)的塑性變形就主要由晶界金屬來(lái)承擔(dān),于是,晶界應(yīng)力集中,就會(huì)產(chǎn)生裂紋,即所謂的模形開(kāi)裂。
(3)再熱裂紋的防止
注意冶金元素的強(qiáng)化作用及其對(duì)再熱裂紋的影響。
合理預(yù)熱或采用后熱,控制冷卻速度。
降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中。
回火處理時(shí)盡量避開(kāi)再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。
E、冷裂紋
(1)冷裂紋的特征
產(chǎn)生于較低溫度,且產(chǎn)生于焊后一段時(shí)間以后，故又稱延遲裂紋。
主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，也有發(fā)生在焊縫區(qū)的。
冷裂紋可能是沿晶開(kāi)裂，穿晶開(kāi)裂或兩者混合出現(xiàn)。
冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。
(2)冷裂紋產(chǎn)生機(jī)理
瘁硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲(chǔ)備。
接頭的殘余應(yīng)力使焊縫受拉。
接頭內(nèi)有一定的含氫量。
含氫量和拉應(yīng)力是冷裂紋(這里指氫致裂紋)產(chǎn)生的兩個(gè)重要因素。
一般來(lái)說(shuō)，金屬內(nèi)部原子的排列并非完全有序的,而是有許多微觀缺陷。在拉應(yīng)力的作用下，氫向高應(yīng)力區(qū)(缺陷部位)擴(kuò)散聚集。當(dāng)氫聚集到一定濃度時(shí)，就會(huì)破壞金屬中原子的結(jié)合鍵，金屬內(nèi)就出現(xiàn)一些微觀裂紋。應(yīng)力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地?cái)U(kuò)展，直致發(fā)展為宏觀裂紋，*后斷裂。決定冷裂紋的產(chǎn)生與否，有一個(gè)臨界的含氫量和一個(gè)臨界的應(yīng)力值o當(dāng)接頭內(nèi)氫的濃度小于臨界含氫量，或所受應(yīng)力小于臨界應(yīng)力時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋(即延遲時(shí)間無(wú)限長(zhǎng))。在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性*大。
(3)防止冷裂紋的措施
采用低氫型堿性焊條,嚴(yán)格烘干,在100~150℃下保存,隨取隨用。
提高預(yù)熱溫度,采用后熱措施,并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度,選擇合理的焊接規(guī)范,避免焊縫中出現(xiàn)洋硬組織
選用合理的焊接順序,減少焊接變形和焊接應(yīng)力d.焊后及時(shí)進(jìn)行消氫熱處理。
2、未焊透
未焊透指母材金屬未熔化,焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)人,接頭根部的現(xiàn)象。
A、產(chǎn)生未焊透的原因
焊接電流小,熔深淺。
坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大。
磁偏吹影響。
焊條偏芯度太大
層間及焊根清理不良。
B、未焊透的危害
未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積,使接頭強(qiáng)度下降。其次,未焊透焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害,比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害,比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。
C、未焊透的防止
使用較大電流來(lái)焊接是防止未焊透的基本方法。另外,焊角焊縫時(shí),1用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設(shè)計(jì)坡口并加強(qiáng)清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。
電站專用焊接式截止閥
J61H-40C DN80焊接式截止閥(2)影響結(jié)晶裂紋的因素
