拼接法兰焊接接头裂纹成因分析谢伙成

拼接法兰焊接接头裂纹成因分析谢伙成

谢伙成

关键词：容器；法兰；裂纹

某批国外客户用反应容器，有一连接法兰部件直径为φ1650/1410×110mm，材质为SA516Gr70，共有26个。由于法兰直径比较大，采用拼接焊接成形的生产工艺。对于直径、厚度大的拼接法兰，对焊接的工艺要求比较高，焊接过程中容易出现焊接缺陷。

根据客户方的要求，在法兰的批量生产前要进行焊接试制，试制件探伤合格后才可正式生产。下面为该试制法兰的一些数据：材质为SA516Gr70，外形尺寸为φ1670/1390×120mm，。开料为四合一，用火焰数控自动切割出毛坯，机加工双U型坡口，钝边2mm（图1）。由车间抽调3名手工焊焊工，每人负责1条焊缝的焊接。焊缝法兰拼接接头在焊接完成24h后进行了对接焊缝UT检测，检测要求按NB/T47013.3—2015，合格级别I级。经检测，3条焊缝均在焊缝中线附近、距表面深约55~65mm处发现反射波高超出III区的缺陷，经测长缺陷1A、2A指示长度约110mm，3A达到120mm。由于3条焊缝都不合格，后续的焊接无法进行。

根据相关的质量管理程序，两天后要进行案例分析。在准备案例分析的资料时我从检测的角度展开分析，关键是分析缺陷性质、缺陷成因。

SA516Gr70这种材料的焊接我们有成熟的工艺，焊材选用E7018φ4.0碱性焊条，焊条经烘干保温；焊前要求预热150~200℃，手工焊打底后全手工焊盖面，每层（多道）敲渣砂轮快速打磨；反面用气刨、砂轮打磨清根后盖面；焊后保温棉覆盖保温。但以前SA516Gr70板厚120mm的焊接很少。由此可分析：1、缺陷为条状可排除气孔类；2、缺陷所在位置产生未熔合的机率很少（但不排除是否层间未熔）；3、每层（道）都清渣，条渣不多见；4、未焊透在这个位置常见，但反面已做了良好的清根，坡口、间隙、钝边尺寸合理，未焊透的机会不大；但是基于条状可暂时列入考虑。5、最后是裂纹，焊前做了预热，焊后保温有利于防止冷裂纹的出现。只是裂纹产生的机理复杂，要进一步分析。

经初步分析，重点放在未焊透和裂纹。UT对缺陷的定位准确，定性困难；RT则相反。用不同扫查手法结合动态波型观察会有较好的判断。一般认为未焊透静态回波单一，探头移动时回波包络有较长平台，波型稳定变化。裂纹波型由于裂纹表面粗糙，静态波型单一，在主峰边有副峰、波脚较宽，探头移动时，回波动态波型包络面幅度大，波幅起伏大。通过仔细的波型记录和静、动态比较，发现检测波型和裂纹的波型较接近。由于我所用A型脉冲反射式超声检测仪只能提供缺陷回波的时间和幅度，要判定缺陷的性质是困难的，以上分析只是一个大概的判断。

在这个判断的基础上，我再到现场进行观察并和焊工交谈了解得知了另外一些情况。1.在用火焰枪预热时，现场质检员测到板材表面温度约180℃就通知焊工焊接；2.焊工焊接完一半时由于要下班等到再上班时又继续焊；3.焊接完成后工件直接与焊接平台接触，焊缝保温用的保温棉只是覆盖在焊缝的上表面。由此可知：板材表面温度约180℃在板厚120mm的情况下里面的温度达不到工艺要求；焊接在非连续的情况下进行，存在反复加热的问题；工件与钢制的平台接触存在快速的热传导，保温棉没有充分包裹焊缝，保温效果差。

综合这三方面，我认为出现裂纹的条件存在，符合裂纹产生的机理，推测该缺陷为裂纹。在案例分析会议上，包括焊接、工艺在内的相关人员进行了不同分析，对我的分析比较认同。在会中讨论接头的返修方案时，我提出三点：1.碳气刨清除缺陷后，加温到表面温度约350℃以保证内部温度且适当延长加温时间；2.连续不间断焊接直到整个接头焊完；3.工件用木方垫高，用保温棉把焊缝多层包裹绑紧保温。

在返修时,当刨开焊缝至深约55mm时出现缺陷，经放大镜目测及着色渗透检测证实是裂纹，这与当初的判断是相吻合的。通过焊接缺陷的成因分析，结合超声检测对缺陷的大致判定，为返修和改进制造工艺提供了依据，为后续的焊接提供了技术保证，确保了产品的制造进度,同时增加了自己通过UT波形对缺陷进行定性的经验，但UT对缺陷的定性是非常困难的，还有待不断去实践摸索。

参考文献

[1]NB/T47013—2015承压设备无损检测[S].

[2]NB/T47014-2011(JB/T4708)承压设备焊接工艺评定[S].

[3]郑晖林树青主编超声检测[M]第2版北京中国劳动社会保障出版社2008.

作者简介

谢伙成，1975.12，男，广东，工程师，特种设备无损检测Ⅲ级人员，从事特种设备的无损检测工作。