摘要：压力容器焊接试板机械性能检测是保证压力容器产品质量的一个重要检测手段。在检测过程中，有时会遇到试板弯曲试验不合格的现象，尤其Q235这类低碳钢薄板焊接试板，弯曲不合格的几率较其它材质多。本文通过对具有代表性的Q235-B钢焊接试板弯曲进行分析，并提出焊接工艺方面的改进意见，以改善焊接接头质量，提高弯曲试验合格率。
关键词：低碳钢；接试板板；弯曲；不合格；原因分析
引言
压力容器焊接试板机械性能检验是保证压力容器产品质量的一个重要检侧手段。在检验过程中,有时会遇到试板弯曲不合格的现象,尤其是象A3、2Q35这类低碳钢薄板焊接试板,弯曲不合格的几率较其它材质大。本文对具有代表性的2Q35一B钢焊接试板弯曲不合格的原因进行分析,并提出焊接工艺方面的改进意见,以改善焊接接头质量,提高弯曲合格率。
1低碳钢焊接试板弯曲不合格的原因分析
1.1焊接接头热影响区组织的影响
弯曲试样表面状态良好,排除了表面缺陷造成开裂的可能。为此我们对影响区的组织性能进行了分析,由于低碳钢焊接易产生粗大的韧性低的魏氏组织,故对热影响区进行金相组织观察。针状铁素体分布在晶界上,并有较多的针状铁素体在晶粒内出现,魏氏组织5级,为严重的魏氏组织。魏氏组织的形成一般是由于过热引起的,其形成有三个条件:①碳量在.02%一.04%范围;②过热产生的粗晶,过热区晶粒长大的程度与在此高温区停留的时间有关,停留时间越长,晶粒越粗大;③冷却速度较快,稍慢于形成马氏体的速度。焊接接头过热区被热加范围为吸s一Tm,Tks为晶粒开始急剧粗化的温度,大约为12X()℃左右;Tm为金属熔化温度。焊接时,当加热至1100℃以上时,奥氏体晶粒剧烈长大,尤其在1300℃以上晶粒十分粗大。由于过热严重、晶粒粗大,使魏氏组织产生的敏感碳量范围下降至低于.02%,使得碳含量为0.16%的此焊接试板焊缝热影响区在随后的冷却中产生了粗大的魏氏组织。魏氏组织以及常与其伴生的粗晶组织使钢的机械性能,尤其是塑性和冲击韧性显著降低。这种韧性低的魏氏组织是弯曲试样断裂的主要原因。
1.2钢材的各向异性
用低倍放大镜观察弯曲试样断口,发现断口具有方向性。类似木纹状,所以对断口进行了扫描电镜观察,发现弯曲断口表面形成阶梯状,也就是由基本上平行于轧制表面的平台与大本上垂直平台的剪切壁组成,为木纹状断口,图3即为焊接接头弯曲样热影响区靠近熔合线部分具有方向性的木纹状断口。高倍扫描电镜观察,在弯曲试样断口的平台处可见到各种形式的非金属夹杂物,图4为椭圆形近似长条状的夹杂物,图5为呈圆形的夹杂物。形成这种断口一般是由于钢材在轧制过程中形成平行于轧制表面的带状组织,与此同时产生的夹杂物的形状和分布也具有相似的方向性,这就造成了钢材的各向异性。即横向及厚度方向塑韧性较差,钢材较易发生开裂或分层,这种失效形式称为层状撕裂,它发生在焊接接头热影响区(包括熔合区)或远离热影响区的母材之中。为此,对钢材进行显微组织观察,发现钢材带状组织的流线与断口木纹状的方向是一致的。以上分析表明,由于分布于层间的带状组织以及产生的夹杂物的形状、分布的相似性而使试样热影响区在弯曲过程中受拉伸应力的作用发生层状开裂。低碳钢的这种各向异性也是弯曲试样开裂的重要原因之一。
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1.3 焊接工艺参数对热输入量的影响
通过拉伸剪切试验获得的焊接速度与热输入量之间的关系。在最佳工艺参数区域内拉伸剪切距离近点试验样件均断裂在SPCC低碳钢板母材侧,且最佳热输入量范围为375~800J/cm.当00J/cm时,由于热输入量过大,使得SPCC低碳钢板过多熔化,金属间化合物层厚度过厚,导致拉伸剪切强度下降甚至造成无法接合.当焊接热输入量小于375J/cm时,由于热输入量不足,热量无法通过SPCC钢传导至A5052铝合金,从而导致搭接接头未熔合或熔合不良?当焊接参数在合适的热输入量区域内时,SPCC低碳钢表面熔化,结合面附近不熔化,而A5052铝合金在结合面附近熔化.焊接接头拉伸剪切强度与金属间化合物层厚度之间的关系?当金属间化合物层厚度为4~6μm时,获得的焊接接头具有较高的拉伸剪切强度.当金属间化合物层厚度高于6μm时，其拉伸剪切强度随之降低。这是由于接合界面处脆性金属间化合物的增加导致接合面处变得较脆，不能承受较大的拉伸剪切载荷．当金属间化合物层厚度低于４μｍ时，其拉伸剪切强度也随之降低。这是由于此时热输入量较小，导致接合处未能达到完全接合，因而不能承受较大的拉伸剪切载荷。
2改进试板焊接的方法
1）E4316焊条属碱性低氢型焊条，此种焊条必须保证短弧焊接；否则，电弧过长，电弧燃烧不稳定，增加了金属飞溅，以引起咬边等缺陷。2）热影响区由于温度的陡降，熔化焊很难避免产生魏氏组织。所以，在焊接过程中，应采取多层焊接，这对焊缝热影响区组织会有较大的改善，因为这一层焊缝对前一层焊缝相当于进行了一次热处理，可达到细化晶粒、减轻热影响区粗大魏氏组织的目的。对最后一道焊缝，可在其上多焊一层退火焊道，以改善焊缝质量，形成良好的焊缝表面。3）搭接接头接合面处形成的金属间化合物层在焊缝中心处厚度最大．随着激光功率的减少或焊接速度的增加，金属间化合物层厚度与接合宽度随之减少，随着滚轮压力的增加，金属间化合物厚度随之增加。4）焊接接头的断裂拉伸载荷为１６８４Ｎ，最佳热输入量范围为３７５～８００Ｊ／ｃｍ．
3焊接质量控制要点
为避免出现上节中分析的焊接缺陷问题，保证焊接质量的稳定合格，制定如下几点焊接质量控制要点：①焊前采用打磨机清理坡口两侧50mm范围内的浮锈及其他脏污，并用丙酮彻底清洗干净；②为避免Fe离子对材料的污染，打磨必须采用铝基无铁砂轮；③采用不摆动或者微摆动施焊，焊道间的焊接接头必须打磨去除弧坑后方可继续施焊；④焊缝表面的鱼鳞纹尽量平缓，不可出现较大凸起，每层每道间都必须采用规定的砂轮进行打磨去除氧化膜和鱼鳞纹，避免层道间的未熔合导致UT不合格；⑤打底后背面施焊时，采用金属磨头完全清理打磨坡口根部，并PT检测合格后方可施焊，防止UT时产生结构回波影响检测结果；⑥严禁采用水冷的方式进行冷却，只允许风冷、固件冷却或者自然冷却；⑦背部保护气须在焊缝厚度达到6mm以上时方可撤去，焊接时提前送气，滞后停气；⑧不得使用锤击；⑨不得采用立向下焊接；⑩焊后焊缝余高抛磨或机加完全去除，以备UT检测探头可完全贴合。
结束语
本文对低碳钢焊接试板弯曲不合格的原因进行了简要的分析，并在基础上提出了改进措施以及焊接质量要点，希望可以为相关人员提供一定的参考。
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论文作者:郭飞龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/8
标签：弯曲论文; 组织论文; 低碳钢论文; 断口论文; 晶粒论文; 不合格论文; 厚度论文; 《防护工程》2019年第1期论文;