探讨球罐施工防冷裂具体措施

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摘要：分析了球罐焊接冷裂纹产生的机理，提出了在球罐施工中防止冷裂纹产生的具体措施，经现场施工验证，该措施较好地解决问题，保证了球罐的制造质量。

关键词：球罐；焊接；冷裂纹；预防措施

一、引言

球罐一般是用不来储存易易爆甚至有毒的介质，一旦发生破坏其后果是极其严重的。根据大量的统计表明，球罐的破裂多数源于焊缝及其热影响区，而焊缝及其热影响区发生破裂在于冷裂纹，因此，防止冷裂纹产生是球罐建造质量的关键。

二、产生焊接冷裂纹的原因

焊接冷裂纹在焊后较低的温度下形成。由于这种裂纹形成与氢有关，且有延迟开裂的特点，因此又称之为焊接氢致裂纹或延迟裂纹。

产生焊接冷裂纹的三个必要条件：

（1）氢。氢的主要来源是焊材中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等。这些水、铁锈或有机物经焊接电弧的高温热作用分解成氢原子而进入焊接熔池中。在焊接过程中氢除向大气中扩散外，余下的在焊缝中呈过饱和状态，即在焊缝中存在着扩散氢。根据氢脆理论，这种扩散氢将向应变集中区（如微裂纹或缺口尖端附近）扩散，当该区的氢浓度达到某一临界值时，裂纹便继续扩展。

（2）应力。依据目前国内及国际的施工水平，在球罐的组装过程中总会存在或多或少的强力组对，所以在组装完成后便存在着内应力，这种应力在焊后整体热处理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一个局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变的循环，因此球罐焊接后必然存在残余应力。

（3）组织。焊接热影响区组织中过硬的马氏体含量越多越容易产生冷裂纹。

三、防止产生焊接冷裂纹的措施

（1）尽量选用对冷裂纹不敏感的材料选用内在质量好的母材。即选用碳当量低的优质钢材，尤其是避免母材大型夹渣。所以在球壳板制造前必须对板材进行严格的超声波检查，对有严重夹层等缺陷的钢材不得使用。

（2）尽量减少氢的来源。第一，球罐的焊接选用低氢型焊条，必要时要采用超低氢型的焊条；第二，焊条使用前一定要按产品使用说明进行烘干，并贮存在100~150℃的恒温箱中，在使用时放入保温筒内并随用随取，在保温筒内存放时间不得超过4h，否则要按原烘干温度重新烘干，重复烘干不得超过两次；第三，要彻底去除焊接坡口表面及坡口两侧20mm范围内的油污、水分，、铁锈及其他杂物；第四，不在雨雪天及空气相对湿度大于90%时施焊；第五，采取有效的防风措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔离保护。

（3）选用适当的焊前预热温度和预热范围。适当的预热温度降低了焊缝冷却速度，可使氢更易从焊缝熔池向大气中扩散，减少了焊缝中扩散氢含量，并且可以降低焊接区的温度梯度和焊缝的冷却速度，尽量减少马氏体的含量，减小温差应力。预热温度应通过工艺评定来确定，预热范围一般为坡口两侧三倍球壳板厚度且不小于100mm。当环境温度低时还应增大预热温度和预热范围。对纵缝应整条焊缝同时预热，不能分段预热。

（4）选用适当的后热温度和后热时间。随着焊接层数的增多，焊缝中扩散氢会逐渐积累。因此焊后应立即进行后热，使扩散氢有充分的时间溢出，同时还可以降低焊缝中的残余应力，减少冷裂纹产生的机率。

（5）焊接过程中保持适当的层间温度，适当的层间温度也能延缓焊缝的冷却时间，起到一定的去氢和降低残余应力的作用，层间温度不得低于预热温度下限值。

（6）采用合适的线能量。若焊接线能量过小，焊缝热影响区容易出现淬硬组织，再加上扩散氢的作用，焊缝容易产生冷裂纹；若线能量过大又会使焊缝热影响区的软化区宽度增加，使焊缝缺口的韧性降低，球罐整体的机械性能下降。

（7）防止强力组对。在球罐组对过程中选用合适的工艺和组装机具，尽量避免强力组对。强力组对将使球罐在焊接前就存在强大的附加内应力，这种内应力在焊后也不可能完全消除。

（8）减小错边和角变形。在错边和角变形存在的部位，曲率发生了突变，所以焊后将会存在强大的残余内应力。

（9）采用合理的焊接顺序。当采用合理的顺序焊接时，整台球罐将同时对称地收缩或膨胀，这样能控制焊接变形，减小焊接残余应力。球罐焊接应遵循先纵缝后环缝，先大坡口后小坡口，先赤道后温带最后极带的原则，而且焊工应对称、均匀施焊。球罐焊缝的打底焊要采用分段退焊法，分段长度为600~700mm。

（10）避免工艺缺陷的产生。咬边、未焊透、长条状夹渣等工艺缺陷部位是应力集中区，这些部位容易产生冷裂纹。

(11)确保封底焊缝的质量，封底焊缝要自上而下焊接，不能采用摆动、挑弧、灭弧的施焊方法。

四、结束：

在随后制造的1000m3球罐的施工中，通过严格执行以上措施，很好的控制了制造过程中产生的焊接缺陷，避免了冷裂纹的问题，确保了球罐的质量。

参考文献：

1、GB12337-1998钢制球形储罐

2、GB50094-98球形储罐施工级验收规范