帶壓開孔焊接冷裂紋預(yù)防知識(shí)，老師傅辭職都不會(huì)說的要點(diǎn)

在管道與管件的帶壓開孔焊接中，焊接應(yīng)力以及其他致脆因素的共同作用下，管道的焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙，具有尖銳的缺口和大小的長寬比特征。通俗地講就是管道焊接時(shí)，由于應(yīng)力影響焊接不完整而形成的斷裂形狀的缺口。按形態(tài)可分為：縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋、熱影響區(qū)再熱裂紋等。

焊接裂紋是所有的焊接缺陷里危害最嚴(yán)重的一種情。它的存在是導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)失效的最直接的因素，特別是在鍋爐壓力容器的焊接接頭中，因?yàn)樗拇嬖诳赡軐?dǎo)致一場場災(zāi)難性的事故的發(fā)生，裂紋最大的一個(gè)特征是具有擴(kuò)展性，在一定的工作條件下會(huì)不斷的“生長”，直至斷裂。下面簡要介紹冷裂紋的形成條件：

1.1冷裂紋：冷裂紋是在焊接過程中或焊后，在較低的溫度下，大約在鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（即Ms點(diǎn)）附近，或300～200℃以下（或T＜0.5Tm，Tm為以絕對溫度表示的熔點(diǎn)溫度）的溫度區(qū)間產(chǎn)生的，故稱冷裂紋。冷裂紋又可分為延遲裂紋、淬火裂紋和低塑性脆化裂紋。冷裂紋的起源多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)或有物理化學(xué)不均勻的氫聚集的局部地帶，裂紋有時(shí)沿晶界擴(kuò)展，也有時(shí)穿晶擴(kuò)展。這是由于焊接接頭的金相組織和應(yīng)力狀態(tài)及氫的含量決定的。（如焊層下冷裂紋、焊趾冷裂紋、焊根冷裂紋等）。

1.1.1管道帶壓開孔焊接產(chǎn)生裂紋的條件：

a.管道焊接接頭形成淬硬組織。由于鋼的淬硬傾向較大，冷卻過程中產(chǎn)生大量的脆、硬，而且體積很大的馬氏體，形成很大的內(nèi)應(yīng)力。接頭的硬化傾向：碳的影響是關(guān)鍵，含碳和鉻量越多、板越厚、截面積越大、熱輸入量越小，硬化越嚴(yán)重。

b.在管道的鋼材材質(zhì)及焊縫中含擴(kuò)散氫較多，氫原子在缺陷處（空穴、錯(cuò)位）聚積（濃集）形成氫分子，氫分子體積較氫原子大，不能繼續(xù)擴(kuò)散，不斷聚積，產(chǎn)生巨大的氫分子壓力，甚至?xí)_(dá)到幾萬個(gè)大氣壓，使焊接接頭開裂。許多情況下，氫是誘發(fā)冷裂紋最活躍的因素。

c.管道的焊接拉應(yīng)力及拘束應(yīng)力較大（或應(yīng)力集中）超過接頭的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生開裂。鋼產(chǎn)生冷裂紋的傾向主要決定于鋼的淬硬傾向，焊接接頭的含氫量及其分布，以及接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)。

1.1.2管道帶壓開孔焊接裂紋產(chǎn)生的原因：

a.管道的鋼種原淬硬傾向主要取決于管道材質(zhì)的化學(xué)成分、厚度、焊接工藝和冷卻條件等。鋼的淬硬傾向越大，管道焊接時(shí)越易產(chǎn)生冷裂紋。

b.氫的作用，氫是引起超高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋的重要因素之一，并且有延遲的特征。高強(qiáng)鋼焊接接頭的含氫量越高，則裂紋的敏感性越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生冷列紋。

c.管道焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)：高強(qiáng)度鋼材質(zhì)的管道焊接時(shí)產(chǎn)生延遲裂紋的傾向不僅取決于鋼的淬硬傾向和氫的作用，還決定于焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)。焊接時(shí)主要存在的應(yīng)力有：不均勻加熱及冷卻過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力、金屬相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力、結(jié)構(gòu)自身拘束條件等。

d.焊接工藝的影響：線能量過大會(huì)引起近縫區(qū)晶粒粗大，降低接頭的抗裂性能；線能量過小，還會(huì)使熱影響區(qū)淬硬，也不利于氫的逸出而增大冷裂傾向。焊前預(yù)熱和焊后熱處理的溫度不合適，多層焊的焊層熔深不合適等。

1.1.3管道帶壓開孔焊接產(chǎn)生裂紋的防止措施：

a.選擇合適的焊接材料：如優(yōu)質(zhì)的低氫焊接材料和低氫的焊接方法。對重要的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用超低氫、高韌性的焊接材料，焊條、焊劑使用前應(yīng)按規(guī)定烘干。

b.焊前仔細(xì)清除坡口周圍基體金屬表面和焊絲上的水、油、銹等污物，減少氫的來源，以降低焊縫中擴(kuò)散氫的含量。

c.采用低匹配的焊縫或“軟層焊接”的方法，對防止冷裂紋也是有效的。

d.避免強(qiáng)力組裝、防止錯(cuò)邊、角變形等引起的附加應(yīng)力，對稱布置焊縫，避免焊縫密集，盡量采用對稱的坡口形式并力求填充金屬減少量，防止焊縫缺陷的產(chǎn)生。

e.焊前預(yù)熱和焊后緩冷，這不僅可以改善焊接接頭的金相組織，降低熱影響區(qū)的硬度和脆性，而且可以加速焊縫中的氫向外擴(kuò)散，此外還可以起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。

f.選擇合適的焊接規(guī)范。焊接速度太快，則冷卻速度相應(yīng)的也快，易形成淬硬組織，若焊接速度太慢，又會(huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)變寬，造成晶粒粗大。選擇合理的裝配工藝和焊接順序以及多層焊的焊層熔深。