杯形閥閥蓋焊接工藝

2015-07-16 湯丹江蘇神通閥門股份有限公司

　　分析了杯形閥閥蓋十字形和T 字形( I 形坡口) 焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因，制訂了工藝改進方案，通過相關(guān)的試驗驗證，確定了防止熱應力產(chǎn)生的有效措施。

1、概述

　　杯形閥是冶金行業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣全干法除塵系統(tǒng)配套的關(guān)鍵設(shè)備，具有除塵效率高、凈煤氣含塵量小、環(huán)保效果明顯、節(jié)水節(jié)電和發(fā)電效率高等優(yōu)點，其可靠性直接影響到煤氣的回收數(shù)量和回收質(zhì)量，直接影響到煤氣柜壓力的高低和煤氣的泄漏量。杯形閥閥蓋是焊接結(jié)構(gòu)，焊接過程中焊縫上出現(xiàn)了裂紋。為了保證焊接質(zhì)量，通過試驗，制定了新的焊接工藝。

2、裂紋產(chǎn)生的原因

　　2.1、焊縫檢驗

　　閥蓋由端蓋、軸座和筋板等組成，端蓋的板厚為40mm，軸座壁厚為63mm。軸座與端蓋之間采用十字形結(jié)構(gòu)( I 形坡口) 焊接連接，接頭是I 形坡口( 圖1) 。閥蓋組焊后，在端蓋的焊縫表面有一處弧坑、角焊縫上側(cè)焊趾與母材接口處有咬邊現(xiàn)象，裂紋位于焊縫中心，圍繞軸座一周，斷口呈氧化色。經(jīng)檢驗，裂紋的寬度為0. 12mm，焊接接頭的熱影響區(qū)晶粒比較粗大。采用光譜儀對母材和焊材進行化學成分分析( 表1) ，結(jié)果表明，母材為Q235 - B 碳素鋼，符合GB 700 標準，焊材為J427，符合GB 5117 標準。從裂紋的位置、大小、色澤和走向等特征判斷，其為熱裂紋。

表1 材料的化學成分Wtmax%

杯形閥閥蓋焊接工藝

　　2.2、原因分析

　　( 1) 焊接應力

　　由于十字形接頭和T 字形接頭焊縫向母材過渡較急劇，因此造成應力分布不均勻，在角焊縫的根部和焊縫向母材過渡處，產(chǎn)生很大的應力集中。I形坡口的十字形接頭和T 字形接頭其應力集中更為突出( 圖2) 。

杯形閥閥蓋焊接工藝

圖1 閥蓋

　　(2) 表面缺陷

　　焊縫表面的弧坑、咬邊缺陷不僅減小了焊縫有效的承載截面積，削弱焊縫的強度，由此產(chǎn)生很大的應力集中。當應力值超過缺陷前端部位金屬材料的斷裂強度時，材料就開裂，接著新開裂的端部又產(chǎn)生應力集中，使原缺陷不斷擴展，直至焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效。

杯形閥閥蓋焊接工藝

圖2 焊接應力

　　(3) 材料剛性

　　母材的厚度較大，焊接接頭受焊接剛性拘束產(chǎn)生拘束應力，這種應力不僅與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)，而且與焊接順序、構(gòu)件自重及構(gòu)件受到的載荷有關(guān)。

　　(4) 焊接結(jié)構(gòu)

　　十字形和T 字形焊接接頭采用I 形坡口使焊縫向母材過渡的截面尺寸有明顯變化，其應力集中系數(shù)較高，所以I 形坡口焊接接頭的疲勞強度較低。

　　(5) 焊接工藝

　　焊接時，焊縫區(qū)域由于受熱面發(fā)生膨脹而承受壓應力，冷卻時受熱面收縮承受拉應力。在拉應力和低熔點共晶聯(lián)合作用下就形成了熱裂紋。應力的大小與焊接輸入熱的多少等因素有關(guān)。不合理的焊接熱輸入使焊接接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，焊縫和熱影響區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋。

　　焊接接頭的表面弧坑和咬邊等缺陷是熱裂紋產(chǎn)生的主要原因，焊接接頭的應力集中是熱裂紋產(chǎn)生的內(nèi)因，焊接過程中工藝參數(shù)的控制是熱裂紋產(chǎn)生的外因。