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最火20MnMoNi55钢焊接氢致延迟裂纹的机械工具潜孔钻电话终端振动棒测试机

发布时间:2022-09-13 23:43:49

20MnMoNi55钢焊接氢致延迟裂纹的产生及返修实例

哈尔滨锅炉厂有限公司(150040) 李志杰 李家鲁

郑州锅炉厂(450052) 王仲焕

佳木斯市北方机械厂(154002) 滕晓梅

我公司为某化工厂制造的换热器,其壳体材质为20MnMoNi55(δ=52 mm),在产品最终热处理后对环缝再次射线检查时发现裂纹,再用超声波复探时,在近焊缝表面处出现了整应予以更换圈的断断续续的微裂纹。

1 缺陷分析

该产品环焊缝在焊后后热处理后对接头进行或进行曲线放大100%UT 、100%RT检验时均合格,说明裂纹不是在焊后立即出现,而是在焊后一段时间出现,具有延迟性。进一步取样分析,证实缺陷性质为“氢致裂纹”。

2 缺陷产生的原因

众所周知,钢种的淬硬倾向、焊接接头的含氢量及其分布、焊接接头的应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。它们相互作用、相互影响,其中必有一种或两种起主导作用。而氢致延迟裂纹的产生与接头的含氢量有直接关系,温度是影响接头氢扩散、逸出的重要因素,此次裂纹的产生经分析主要是温度原因。

(1)在今年早些时候预热温度不均匀,层间温度偏低。预热可以有效地防止冷裂纹。措施之一,该产品施焊时,不具熔炉备整体预热的条件,采用煤气管道局部加热,加热区温度高,非加热区温度低,温度梯度大,冷却速度快,加之焊接过程中室温偏低(4℃左右),导致预热及层间温度不均匀,温度下降速度快。因筒体直径大,层间温度一层比一层低,在临近焊缝外表面时,已达不到焊接所要求的预热温度。

(2)焊后热处理不及时。延迟裂纹一般在焊后几分钟锯片或几小时之后才会产生。若能在产生裂纹以前及时进行后热(消氢),可使扩散氢充分逸出,并在一定程度上降低残余应力的作用,有效地防止冷裂纹。而该产品焊接结束后,不具备整体后热的条件,采用煤气管道加热方式进行后热,室温太低,短时间内达不到后热所需要的温度,使扩散氢来不及逸出金属,达不到消氢的目的,导致产生裂纹。

针对缺陷产生原因,制定了详实周密的返修工艺。

3 缺陷返修

经无损检验人员的超声波探伤(UT),确认裂纹基本都在距焊缝外表面18~25 mm深度范围。因此,返修工作在外侧进行,具体采用分段、对称碳弧气刨、手工电弧焊的补焊方法。

3.1 返修难点

(1)施焊难度大。产品已经成形,管系部分焊接完毕,返修只能在外侧进行,必须准确确定缺陷位置,彻底清除缺陷(碳弧气刨),再进行施焊。

(2)控制预热及后热升温速度。产品管板直径较大且较薄(φ2 800 mm以上,δ=70 mm),双向钢换热管规格为φ44 mm×3 mm,管子与管板角焊缝焊肉较少,强度较低,而壳体较厚(δ=52 mm),它们受热的膨胀系数不一样。若采用常规的预热方法,管子受热后先膨胀,因外壳较厚,温度尚未完全传递到管板,故不膨胀。管子与管板角焊缝在应力的作用下容易拉裂,因此必需采用均热升温的方法,严格控制升温速度(≤50℃/h)。产品施焊前整体进炉预热,焊接中断后及时后热。既不能升温过快拉裂管子与管板角焊缝,又要保证扩散氢及时逸出,达到消氢的目的。详见图即涤纶纤维2和图3。

(3)控制层间温度。必须采取相应的保温措施控制层间温度,保证焊接要求的温度,确保返修质量。环缝返修时,碳弧气刨刨约1 m左右,下面用履带式加热片包住外壳保温。补焊完后,补焊处立即用履带式加热片包住保温,碳弧气刨刨对称处,再补焊。碳弧气刨及返修顺序为1→2→3→4→5→6→7→8,见图1。

3.2 返修工艺

3.3 返修要求

(1) 焊条使用前必须按规定温度烘干;

(2) 用碳弧气运动护肩刨彻底清除裂纹,(3) 刨槽深度和宽度尽量保持均匀一致,(4) 根部圆滑过渡;

(5) 焊接时经常测量焊件的表面温度,(6) 采取保温或临时加热措施保证焊件温度不(7) 低于150℃;

(8) 采用多层多道焊方法进行补焊,(9) 窄焊道,(10) 不(11) 摆动。因为后层对前层有消氢作用,(12) 并能改善前层焊缝和热影响区的组织,(13) 有效防止冷裂纹。

4 最终检验

返修后,对焊缝进行100%UT检验,一次合格。

5 结 论

(1)对20MnMoNi55类低合金高强钢焊接时应合理选择预热温度,均匀加热,严格控制层间温度,焊后及时后热。若条件允许,采用整体进炉预热和后热;

(2)对20MnMoNi55类材质的焊缝建议在完工后增加UT复探检查,防止延迟裂纹的出现;

(3)该产品焊缝返修一次成功,证明返修工艺切实可行,为今后此类自助旅游材质的返修积累了经验。

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