论文部分内容阅读
摘要：本文主要探讨了S31008焊接过程中的主要问题，进而分析了S31008出现焊接问题的原因，讨论了S31008焊接问题的主要解决措施，以期能够提高S31008焊接的效果。
关键词：S31008；焊接；问题；解决
中图分类号：P755文献标识码： A
一、前言
目前，在无锡有几百家压力容器制造厂家，但大部分制造厂制造的产品，如反应釜、换热器、储罐、塔器等，而所用钢材仍然为最常用的材料，不锈钢为S30408、S31603、S32168，碳钢为Q345R、Q235-B、20等。但是随着社会经济的高速发展，用户对压力容器的要求越来越高，体积一个比一个大，承受的压力从低压向高压、超高压发展，对承载的物料的要求也越来越严苛，例如生产盛放的物料为甲酸钠溶液，因为甲酸钠溶液有一定的腐蚀性，所以采用S31008不锈钢板做为承载设备。
二、S31008焊接过程中出现的焊接裂纹
在生产中采用的钢板为S31008具体如下：
标准 牌号 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu 其他
GB24511-2009 S31008 0.04~
0.08 ≤1.5 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.02 19~22 24~26 - - -
采用的焊条具体如下
标准 牌号 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu 其他
GB/T983-2012 E310-16(A402 0.08~
0.2 ≤0.75 1.0~
2.5 ≤0.03 ≤0.03 20~22.5 25~28 ≤0.75 ≤0.75 -
钢板的厚度30mm,焊条为A402，直径4.0mm，坡口为X型，直径4.0的焊接参数如下：
I=140-160A U=22-24V v=240-280mm/根
层间温度≤100℃。
在焊接过程中，在每一根焊条收弧后，都会出现裂纹如图
而同样的条件下，板材不变，焊条仍然是A402，坡口形式改U型，焊接参数不变，在施焊过程中每一根焊条收弧后，都会出现如上图中的裂纹，因为裂纹在收弧后立即出现，所以肯定为热裂纹。焊接热裂纹细化可分为：结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹。
前两种裂纹均与低熔点共晶体有关，低熔点共晶体都与P、S杂质有关，至于多边化裂纹现在的理论解释亦较多，但不统一。S31008俗称25-20钢，Ni的含量较高，很容易出现焊接热裂纹出现。
三、焊接热裂纹形成机理与影响条件
1.结晶裂纹形成机理与影响条件
（一）结晶裂纹形成机理
焊缝在结晶过程中先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶界，这些杂质所形成的共晶都具有较低的熔点。低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带，在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂。
（二）影响结晶裂纹的因素
（1）冶金因素的影响。结晶裂纹的冶金因素主要是合金状态图的类型、化学成分和结晶组织形态，随着合金状态图结晶温度区间的增大，结晶裂纹的倾向也增大。
（2）合金元素的影响。合金元素对产生结晶裂纹的影响十分复杂，但又非常重要，是影响裂纹最本质的因素。多种合金元素的相互影响，往往比单一元素复杂的多。如在碳钢和低合金钢中，硫磷都会增高结晶裂纹的倾向，即便是微量存在也会使结晶区间大为增加。钢中的碳元素是影响结晶裂纹的主要元素，并能加剧其他元素的有害作用，如硫、磷等元素。
（3）一次结晶组织形态的影响。焊缝在结晶后，晶粒的大小、形态和方向以及析出的初生相等对抗裂性都有很大的影响，一般来说晶粒越粗大，越易产生裂纹，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的倾向就越大。
2.液化裂纹形成机理与影响因素
（一）液化裂纹形成机理
液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，一般认为是由于焊接时近缝区金属或焊缝层面间金属，在高温下低熔点共晶组成物被重新熔化，在拉伸应力的作用下，沿奥氏体晶面开裂而形成的裂纹。另外，在不平衡的加热和冷却条件下，由于金属间化合物分解和元素的扩散，造成了局部地区共晶成分偏高而发生局部晶间液化，同样也会产生液化裂纹。
（二）液化裂纹的影响因素
液化裂纹的形成机理与结晶裂纹基本一致，因此，影响因素也大致相同，也是冶金因素和力学因素共同作用的结果。冶金因素的影响与结晶裂纹影响因素一致。从工艺因素影响来看，其中焊接线能量对液化裂纹有很大的影响，线能量越大，由于输入的热量多，晶界低熔相的熔化就越严重，晶界处于液态的时间就越长，因此液化裂纹的倾向也就越大。另外，由于许多薄层焊道组成的焊缝，比几个厚焊层组成的焊缝的总应力低，因此，线能量的增加，不仅能促使晶界液化，而且也增加了焊缝的应力，使液化裂纹倾向增大。熔池的形状与产生液化裂纹有关，如焊缝的断面呈明显的倒草帽形，该处易产生液化裂纹。
3.多边化裂纹形成机理与影响因素
（一）多边化裂纹形成机理多边化裂纹多数是在焊缝中产生，它是在结晶前沿已凝的固相晶粒中萌生出大量的晶格缺陷，并且在快速的冷却条件下，由于不易扩散，它们以过饱和状态保留于焊缝金属中，在一定温度和应力的条件下，晶格缺陷由高能部位向低能部位转化，即发生移动和聚集，从而形成二次边界，即所谓的“多边化边界”。另外，母材热影响区在焊接热循环的作用下，由于热应变，金属中的畸变能增加，同样也会形成多边化边界。这种多边化的边界，一般情况下并不与一次晶界重合，在焊接后的冷却过程中，由于热塑性降低，导致沿多边化的边界产生裂纹。
（二）多边化裂纹的影响因素
（1）合金成分的影响。由分析我们知道，多边化所需的激活能越高，则晶格缺陷的移动和聚集就越慢，形成多边化的时间就越大，因此，焊缝金属中元素激活能量越低，就越容易产生多边化裂纹。
（2）温度的影响。在形成多边化过程中，温度越高，所需时间就越短，因此，就会增加形成多边化裂纹的倾向。
四、热裂纹的防止措施
在生产中，采取的第一种方法，首先用哄枪对板材进行加热，以防止急热，然后哄枪一边沿着焊缝移动，焊工跟着哄枪移动的方向施焊，每一根焊条收弧后，哄枪必须对收弧点加热，以缓冲焊缝冷却速度，使得焊缝结晶温度区间减小，来减少结晶裂纹，但是这种方法必须有二个工人同时进行，一个使用哄枪，一个焊工施焊，会严重增加生产成本，生产进度严重滞后，而且对工人的技术要求特别高，所以不一般不会采用。
采取的第二种方法，在其他条件不变的情况下，不需要预热，焊工直接对焊缝施焊，只是焊条有原来的A402改为A412，焊接参数也不变，每一根焊条收弧后，不会出现裂纹，因为A412焊条与A402焊条相比，大部分成分不变，但它的含碳量从A402的0.2变成了≤0.12；而它的Mo含量从A402的≤0.75增加到了2.0~3.0，因为Mo能推迟过冷的奥氏体向珠光体的转变，增强腐蚀性，耐热性，特别抗裂性提高了很多，所以焊接淬硬性高的碳钢，低合金钢时韧性极好。这种方法不需要哄枪对钢材预热，只需要一个焊工，大大降低用工成本，虽然焊条的成本升高，但不要求哄枪，所以焊材还是降低，最主要的对生产效率可以像普通钢材产品一样。
五、结束语
綜上所述，虽然S31008焊接过程中产生的裂纹解决了，但焊接是一门涉及非常广泛的学课，在今后的工作中，还会有各种各样的问题，我更加努力学习焊接专业知识，不断地实践，，运用所学知识努力探索，不断改进工作方法，提高工作效率，踏踏实实，任劳任怨，勤奋工作，成为一名合格的焊接专业技术人员。
【参考文献】
[1]孙良.周期热弹性平面焊接问题[D].南昌大学,2008.
[2]张明星.双周期热弹性平面焊接问题[D].南昌大学,2011.
[3]张伟伟,夏明生,徐道荣,秦琳.Fe3Al基合金焊接问题的研究现状[J].焊接技术,2012,04:6-8+68.
[4]赵文文.平面弹性中的若干焊接问题[D].内蒙古师范大学,2011.
[5]李星.双周期裂纹场的不同材料弹性平面焊接问题[J].数学物理学报,2012,02:124-132.
[6]王晓雷.承压类特种设备无损检测相关知识.
关键词：S31008；焊接；问题；解决
中图分类号：P755文献标识码： A
一、前言
目前，在无锡有几百家压力容器制造厂家，但大部分制造厂制造的产品，如反应釜、换热器、储罐、塔器等，而所用钢材仍然为最常用的材料，不锈钢为S30408、S31603、S32168，碳钢为Q345R、Q235-B、20等。但是随着社会经济的高速发展，用户对压力容器的要求越来越高，体积一个比一个大，承受的压力从低压向高压、超高压发展，对承载的物料的要求也越来越严苛，例如生产盛放的物料为甲酸钠溶液，因为甲酸钠溶液有一定的腐蚀性，所以采用S31008不锈钢板做为承载设备。
二、S31008焊接过程中出现的焊接裂纹
在生产中采用的钢板为S31008具体如下：
标准 牌号 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu 其他
GB24511-2009 S31008 0.04~
0.08 ≤1.5 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.02 19~22 24~26 - - -
采用的焊条具体如下
标准 牌号 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu 其他
GB/T983-2012 E310-16(A402 0.08~
0.2 ≤0.75 1.0~
2.5 ≤0.03 ≤0.03 20~22.5 25~28 ≤0.75 ≤0.75 -
钢板的厚度30mm,焊条为A402，直径4.0mm，坡口为X型，直径4.0的焊接参数如下：
I=140-160A U=22-24V v=240-280mm/根
层间温度≤100℃。
在焊接过程中，在每一根焊条收弧后，都会出现裂纹如图
而同样的条件下，板材不变，焊条仍然是A402，坡口形式改U型，焊接参数不变，在施焊过程中每一根焊条收弧后，都会出现如上图中的裂纹，因为裂纹在收弧后立即出现，所以肯定为热裂纹。焊接热裂纹细化可分为：结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹。
前两种裂纹均与低熔点共晶体有关，低熔点共晶体都与P、S杂质有关，至于多边化裂纹现在的理论解释亦较多，但不统一。S31008俗称25-20钢，Ni的含量较高，很容易出现焊接热裂纹出现。
三、焊接热裂纹形成机理与影响条件
1.结晶裂纹形成机理与影响条件
（一）结晶裂纹形成机理
焊缝在结晶过程中先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶界，这些杂质所形成的共晶都具有较低的熔点。低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带，在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂。
（二）影响结晶裂纹的因素
（1）冶金因素的影响。结晶裂纹的冶金因素主要是合金状态图的类型、化学成分和结晶组织形态，随着合金状态图结晶温度区间的增大，结晶裂纹的倾向也增大。
（2）合金元素的影响。合金元素对产生结晶裂纹的影响十分复杂，但又非常重要，是影响裂纹最本质的因素。多种合金元素的相互影响，往往比单一元素复杂的多。如在碳钢和低合金钢中，硫磷都会增高结晶裂纹的倾向，即便是微量存在也会使结晶区间大为增加。钢中的碳元素是影响结晶裂纹的主要元素，并能加剧其他元素的有害作用，如硫、磷等元素。
（3）一次结晶组织形态的影响。焊缝在结晶后，晶粒的大小、形态和方向以及析出的初生相等对抗裂性都有很大的影响，一般来说晶粒越粗大，越易产生裂纹，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的倾向就越大。
2.液化裂纹形成机理与影响因素
（一）液化裂纹形成机理
液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，一般认为是由于焊接时近缝区金属或焊缝层面间金属，在高温下低熔点共晶组成物被重新熔化，在拉伸应力的作用下，沿奥氏体晶面开裂而形成的裂纹。另外，在不平衡的加热和冷却条件下，由于金属间化合物分解和元素的扩散，造成了局部地区共晶成分偏高而发生局部晶间液化，同样也会产生液化裂纹。
（二）液化裂纹的影响因素
液化裂纹的形成机理与结晶裂纹基本一致，因此，影响因素也大致相同，也是冶金因素和力学因素共同作用的结果。冶金因素的影响与结晶裂纹影响因素一致。从工艺因素影响来看，其中焊接线能量对液化裂纹有很大的影响，线能量越大，由于输入的热量多，晶界低熔相的熔化就越严重，晶界处于液态的时间就越长，因此液化裂纹的倾向也就越大。另外，由于许多薄层焊道组成的焊缝，比几个厚焊层组成的焊缝的总应力低，因此，线能量的增加，不仅能促使晶界液化，而且也增加了焊缝的应力，使液化裂纹倾向增大。熔池的形状与产生液化裂纹有关，如焊缝的断面呈明显的倒草帽形，该处易产生液化裂纹。
3.多边化裂纹形成机理与影响因素
（一）多边化裂纹形成机理多边化裂纹多数是在焊缝中产生，它是在结晶前沿已凝的固相晶粒中萌生出大量的晶格缺陷，并且在快速的冷却条件下，由于不易扩散，它们以过饱和状态保留于焊缝金属中，在一定温度和应力的条件下，晶格缺陷由高能部位向低能部位转化，即发生移动和聚集，从而形成二次边界，即所谓的“多边化边界”。另外，母材热影响区在焊接热循环的作用下，由于热应变，金属中的畸变能增加，同样也会形成多边化边界。这种多边化的边界，一般情况下并不与一次晶界重合，在焊接后的冷却过程中，由于热塑性降低，导致沿多边化的边界产生裂纹。
（二）多边化裂纹的影响因素
（1）合金成分的影响。由分析我们知道，多边化所需的激活能越高，则晶格缺陷的移动和聚集就越慢，形成多边化的时间就越大，因此，焊缝金属中元素激活能量越低，就越容易产生多边化裂纹。
（2）温度的影响。在形成多边化过程中，温度越高，所需时间就越短，因此，就会增加形成多边化裂纹的倾向。
四、热裂纹的防止措施
在生产中，采取的第一种方法，首先用哄枪对板材进行加热，以防止急热，然后哄枪一边沿着焊缝移动，焊工跟着哄枪移动的方向施焊，每一根焊条收弧后，哄枪必须对收弧点加热，以缓冲焊缝冷却速度，使得焊缝结晶温度区间减小，来减少结晶裂纹，但是这种方法必须有二个工人同时进行，一个使用哄枪，一个焊工施焊，会严重增加生产成本，生产进度严重滞后，而且对工人的技术要求特别高，所以不一般不会采用。
采取的第二种方法，在其他条件不变的情况下，不需要预热，焊工直接对焊缝施焊，只是焊条有原来的A402改为A412，焊接参数也不变，每一根焊条收弧后，不会出现裂纹，因为A412焊条与A402焊条相比，大部分成分不变，但它的含碳量从A402的0.2变成了≤0.12；而它的Mo含量从A402的≤0.75增加到了2.0~3.0，因为Mo能推迟过冷的奥氏体向珠光体的转变，增强腐蚀性，耐热性，特别抗裂性提高了很多，所以焊接淬硬性高的碳钢，低合金钢时韧性极好。这种方法不需要哄枪对钢材预热，只需要一个焊工，大大降低用工成本，虽然焊条的成本升高，但不要求哄枪，所以焊材还是降低，最主要的对生产效率可以像普通钢材产品一样。
五、结束语
綜上所述，虽然S31008焊接过程中产生的裂纹解决了，但焊接是一门涉及非常广泛的学课，在今后的工作中，还会有各种各样的问题，我更加努力学习焊接专业知识，不断地实践，，运用所学知识努力探索，不断改进工作方法，提高工作效率，踏踏实实，任劳任怨，勤奋工作，成为一名合格的焊接专业技术人员。
【参考文献】
[1]孙良.周期热弹性平面焊接问题[D].南昌大学,2008.
[2]张明星.双周期热弹性平面焊接问题[D].南昌大学,2011.
[3]张伟伟,夏明生,徐道荣,秦琳.Fe3Al基合金焊接问题的研究现状[J].焊接技术,2012,04:6-8+68.
[4]赵文文.平面弹性中的若干焊接问题[D].内蒙古师范大学,2011.
[5]李星.双周期裂纹场的不同材料弹性平面焊接问题[J].数学物理学报,2012,02:124-132.
[6]王晓雷.承压类特种设备无损检测相关知识.