1、概述 ●
閥門應(yīng)用于各行各業(yè)，包括石油、化工、光伏、氫能、海工、風(fēng)電項(xiàng)目、造船、航天航空、汽車等。閥門焊接常見的焊接缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等，其中裂紋對(duì)結(jié)構(gòu)的影響最大。焊接裂紋容易引起結(jié)構(gòu)斷裂、介質(zhì)泄漏，甚至發(fā)生爆炸，也影響疲勞壽命，如導(dǎo)管架平臺(tái)疲勞裂紋形成，這些都會(huì)造成嚴(yán)重的后果，為了保障焊接穩(wěn)定可靠性，在焊接前，也根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做了焊接工藝評(píng)定，但還不能完全避免焊接裂紋的產(chǎn)生。
閥門焊接接頭特點(diǎn)有位置受限、壁厚不均、部分位置拘束度大、T形接頭多、壁厚大和材質(zhì)種類多等。主要焊接部位有閥體的焊接、夾套閥焊接、密封面的堆焊閥門、耐磨堆焊、耐腐蝕堆焊等。閥門焊接方法有氬弧焊、手工電弧焊、埋弧焊、火焰噴焊、等離子焊、激光焊、超音速噴焊等。焊接質(zhì)量控制尤為重要，關(guān)于焊接裂紋根據(jù)形成原因分析，主要可以分為冷裂紋、熱裂紋、層狀撕裂和再熱裂紋四大類。雖然裂紋出現(xiàn)的原因和機(jī)理都有大量的研究和方法，但是實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)、安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和安裝方式，人員素質(zhì)、材料等各方面的影響因素，都會(huì)影響焊接結(jié)果，形成裂紋。理論和實(shí)際結(jié)合才能更好找到原因，從根源上解決問題，制定相關(guān)方案。
2、裂紋原因分析 ●
對(duì)于閥門的焊接，以上四種裂紋，在工廠或現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)一般是以冷裂紋和層狀撕裂較為普遍。發(fā)現(xiàn)裂紋怎樣去分析鑒定尤為重要，找準(zhǔn)具體原因再采取措施，但鑒定時(shí)干擾因素很多，怎樣去排除干擾因素尤為重要，焊接過程跟蹤是分析裂紋產(chǎn)生原因的一個(gè)重要基礎(chǔ)條件。通過裂紋類型和形成原因分析。一般出現(xiàn)裂紋時(shí)，需要從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面入手，分析人員需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，首先要了解不同裂紋形成的機(jī)理，還要了解現(xiàn)場(chǎng)焊接過程，容易造成裂紋形成的因素。不同結(jié)構(gòu)焊接裂紋產(chǎn)生原因的分析方法不一樣。
比較成熟的工藝和結(jié)構(gòu)在焊接中突然發(fā)現(xiàn)裂紋，先判斷是哪一類裂紋，看開裂紋形態(tài)，是焊后還是焊接過程中形成的。一般從人和材料的原因出發(fā)，人員對(duì)工藝不熟悉，或看整個(gè)焊接過程的控制，了解焊接工藝是否用對(duì)，是否按要求預(yù)熱后熱，油漆是否打磨干凈，焊前是否清理油污等。材料分析要全方位，母材和焊材都要檢查。焊材方面，焊材是否用錯(cuò)，焊材是否按要求烘烤儲(chǔ)存，焊工是否按要求領(lǐng)用或使用焊材。分析母材材料性能是否滿足要求，母材是否用錯(cuò)等。對(duì)于不能判斷的裂紋類型，也可以通過微觀金相檢查組織，質(zhì)譜分析開口處的化學(xué)成分，通過組織和實(shí)際情況結(jié)合分析其原因。
對(duì)于新結(jié)構(gòu)或者復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這種分析就比較復(fù)雜，人為原因造成的因素也有，如不按照焊接順序焊接、未按要求預(yù)熱、焊后未保溫、焊接過程未按技術(shù)要求執(zhí)行等；機(jī)具的影響一般相對(duì)較小，設(shè)備故障引起的裂紋比較小，一般設(shè)備故障焊工都能及時(shí)察覺；材料也要全面檢測(cè)，比如T形厚壁接頭，材料是否具有Z向性能，材料強(qiáng)度是否滿足要求�？紤]焊接工藝和方法是否正確，所有的焊接開始前都是按照要求進(jìn)行了相關(guān)工藝處理，一般不會(huì)有問題，但也有特殊情況，焊接工藝時(shí)未考慮結(jié)構(gòu)的拘束度、應(yīng)力等會(huì)影響焊縫。比如在閥門夾套焊接架焊接時(shí)，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝順序等情況，也要考慮焊縫設(shè)計(jì)是否合理，如交叉焊縫處形成焊趾裂紋等，部分結(jié)構(gòu)交叉焊縫時(shí)未設(shè)置過焊孔。環(huán)境的影響，防風(fēng)、防雨措施不當(dāng)，焊接條件不當(dāng)，焊接前未清理焊縫等。在內(nèi)應(yīng)力拘束度分析時(shí)，可以借用軟件對(duì)焊接接頭裂紋的形成進(jìn)行模擬。
閥門焊接過程焊接裂紋產(chǎn)生的原因，也要根據(jù)原材料，如材料是卷管還是無縫鋼管，是鍛鋼還是鑄鋼，復(fù)合管材等，裂紋的類型，是層狀撕裂還是冷裂紋，層狀撕裂一般是母材冶金原因或者板材Z向性能等，是否是交叉焊縫處。復(fù)合材料堆焊問題，再次受熱而產(chǎn)生裂紋。焊接閥體一般從母材和焊材入手，再從焊接工藝方面調(diào)查。夾套焊接一般先分析焊縫的分布，再從材料方面，最后從人員焊接方法和順序入手。
對(duì)于熱裂紋和再熱裂紋，一般做工藝時(shí)，就能采取相應(yīng)的措施去避免，現(xiàn)場(chǎng)焊接一般不會(huì)出現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候就要考慮到實(shí)際應(yīng)用的母材是否有問題，硫磷含量是否超標(biāo)，是否含雜質(zhì)太多。如焊接前油漆未清理干凈，由于焊縫受到油漆里面的化學(xué)成分影響焊接的冶金性能，而導(dǎo)致開裂。同時(shí)也要考慮是否是由于熱輸入過大和材料化學(xué)成分偏析造成熱裂紋。
3焊接裂紋的預(yù)防措施 ●
針對(duì)閥門焊接時(shí)，不同類型的缺陷，可以根據(jù)其形成機(jī)理和實(shí)際焊接過程相結(jié)合，采取相應(yīng)的措施，具體措施可以從以下幾個(gè)方面考慮。
3.1 材料方面
對(duì)于不同結(jié)構(gòu)和材料具體分析，在做焊接工藝時(shí)，要考慮材料的厚度，化學(xué)成分選擇硫磷含量低的鋼材，焊接裂紋傾向小的材料。通過碳當(dāng)量的計(jì)算，選擇合適的鋼材，合適的預(yù)熱溫度。預(yù)熱能減小冷裂紋的發(fā)生，但并不適用于所有的焊縫，當(dāng)拘束度過大時(shí)采用預(yù)熱的方法來避免冷裂紋不一定能有效果。由于氫也是產(chǎn)生冷裂紋的原因，故選擇低氫焊材，焊接材料按要求烘烤，現(xiàn)場(chǎng)按要求保溫等。
3.2 設(shè)計(jì)方面
夾套閥門焊接時(shí)受到拘束度影響時(shí)，在焊縫設(shè)計(jì)時(shí)考慮應(yīng)力較小的焊縫，能用對(duì)接代替搭接的就用對(duì)接。焊縫的坡口角度設(shè)計(jì)也要合適，避免焊縫坡口過大或過小。焊縫的排版，焊接順序，交叉焊縫過渡，焊縫分布合理性，避免焊接接頭應(yīng)力集中。復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用相關(guān)的軟件模擬其受力狀態(tài)，進(jìn)行有限元分析，溫度場(chǎng)和應(yīng)力集中模擬，模擬焊縫受力情況。對(duì)于交叉焊縫處的結(jié)構(gòu)，焊接接頭的過渡，設(shè)計(jì)時(shí)可以采用過焊孔的方式。
3.3 工藝方面
要多方面考慮，評(píng)估焊接質(zhì)量。根據(jù)不同的焊縫條件，選擇合適的焊接材料，考慮材料的綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度和韌性平衡，根據(jù)材料的厚度、種類選擇合適的預(yù)熱、后熱溫度和預(yù)熱方法，焊接過程嚴(yán)格參照焊接工藝，焊后熱處理及時(shí)性，焊接線能量的控制。還可以通過試驗(yàn)斜Y形坡口焊接測(cè)試其冷裂傾向,通過預(yù)熱和焊后熱處理也能達(dá)到消氫的作用,避免氫致裂紋。同時(shí)也要結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際結(jié)構(gòu)，考慮其拘束度，適當(dāng)?shù)奶岣吆覆膹?qiáng)度。選著合適的焊接順序，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)力比較集中，在焊接時(shí)采用分段退焊，對(duì)稱焊，先焊接拘束度大的焊縫。目前很多焊接相關(guān)的規(guī)范上取消了普通碳鋼的預(yù)熱，當(dāng)厚度超過規(guī)定厚度強(qiáng)調(diào)的就是必須采用分層分道焊，其原理就是以熱焊道的形式對(duì)前一道焊縫后熱，也叫回火焊道。當(dāng)厚度超過規(guī)定時(shí)，如不通過熱處理或者后熱來避免裂紋出現(xiàn)，要通過CTOD（裂紋尖端張開位移）試驗(yàn)驗(yàn)證材料和焊接接頭抗斷裂性能。
3.4 焊接質(zhì)量控制體系的執(zhí)行
焊接過程控制，控制焊材的使用，焊接過程中預(yù)熱和焊后的后熱溫度控制，是否滿足要求，避免人為原因造成的焊接裂紋。組對(duì)檢查母材是否正確、坡口角度等是否滿足要求、焊縫清潔度是否有油漆、水等容易造成裂紋的因素。提高焊接質(zhì)量人員過程監(jiān)督和控制，焊接環(huán)境，保證合適的焊接條件，焊接防護(hù)措施，防風(fēng)防雨、除銹、防穿堂風(fēng)等。焊接過程中熱輸入的控制，焊材的存儲(chǔ)和保溫措施，焊接工藝的執(zhí)行情況等。對(duì)冷裂傾向大的材料，是否按要求立即熱處理或后熱。由于制造或加工企業(yè)，鋼材一般都是外購材料，要從材料源頭控制，材料的選擇都極為重要，材料入場(chǎng)的校驗(yàn)，材料內(nèi)的夾雜含量及分布狀態(tài)有關(guān)，鋼板的軋制方向，在下料時(shí)避開焊縫，在原材料設(shè)計(jì)排版，應(yīng)避免Z向應(yīng)力集中。鍛件和鑄件的檢查，采用相關(guān)的無損檢查方法，如UT/RT/PT/MT等，避免母材缺陷造成裂紋。