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對厚壁管焊后校圓焊道開裂的原因進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。結(jié)果表明，埋弧焊以后焊道存在結(jié)晶熱裂紋和魏氏體組織是導(dǎo)致厚壁管校圓開裂的主要原因。同時(shí)，焊絲合金元素含量偏低，熔合區(qū)晶粒度偏大使得焊道力學(xué)性能降低，是引起厚壁管焊道開裂的間接原因。對厚壁管從焊接工藝、坡口形式、焊絲選型、時(shí)效處理等方面進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，解決了厚壁管焊后校圓開裂問題。

厚壁結(jié)構(gòu)件在工程機(jī)械行業(yè)有著較為廣泛的應(yīng)用，由于使用工況較為復(fù)雜、惡劣，對于結(jié)構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)焊縫質(zhì)量提出了較高要求。受工藝條件限制和焊接熱輸入的影響，厚壁管在卷圓加工過程中開裂，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量而且造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[2-4]。本文對厚壁管開裂的原因進(jìn)行了分析，通過合理的工藝措施提升了焊縫質(zhì)量。

1焊接工藝及開裂情況

母材為熱軋結(jié)構(gòu)鋼，板材機(jī)加工成雙V型對稱坡口，坡口尺寸、形式如圖1所示，下端采用手工氣保焊焊接，上端采用埋弧自動焊焊接，其中埋弧焊工藝參數(shù)為焊接電流850A，焊接電壓39V，焊接速度300mm/min，焊劑為HJ431，焊絲直徑4mm，母材及焊絲成分見表1。

焊接完成后，用四輥卷板機(jī)進(jìn)行校圓，校圓過程中沿焊道縱向開裂。

采用空心鉆在開裂位置進(jìn)行取樣，對試樣線切割后，將其打磨拋光，其中上部Ⅰ區(qū)為埋弧焊接，下部Ⅱ區(qū)為手工氣保焊接，試樣外觀見圖2。

2開裂組織及原因分析

2.1裂紋產(chǎn)生原因

根據(jù)裂紋在焊縫中出現(xiàn)的位置可判斷為結(jié)晶熱裂紋，原因在于熔池金屬熔化時(shí)形成的液態(tài)薄膜及凝固過程中受到的拉應(yīng)力作用。金屬結(jié)晶學(xué)理論表明，先結(jié)晶的金屬雜質(zhì)含量較多并在晶界位置富集，對于16Mn而言，雜質(zhì)多形成低熔點(diǎn)的共晶體。焊縫金屬凝固的后期，在鑄態(tài)組織中兩側(cè)柱狀晶的推擠作用下，在中心部位形成所謂的“液態(tài)薄膜”，隨著熱源的離開，液態(tài)薄膜最終冷卻形成低熔點(diǎn)共晶體組織，該區(qū)域?qū)儆诤缚p的薄弱地帶，與此同時(shí)焊縫兩側(cè)金屬逐漸凝固收縮，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，在拉應(yīng)力的作用下，這個薄弱地帶就有可能開裂而形成結(jié)晶裂紋。

2.2母材及焊接熱影響區(qū)（HAZ）金相分析

對母材、焊縫熔合區(qū)及開裂一側(cè)熱影響區(qū)（選取兩點(diǎn)）進(jìn)行取樣，試樣經(jīng)打磨拋光后通過4%硝酸酒精腐蝕，觀察微觀組織。

圖3（a）表明，母材為熱軋態(tài)組織，即鐵素體+珠光體，且?guī)�狀組織明顯，母材組織良好；圖3（b）為焊縫熔合區(qū)，為焊材凝固后形成的鑄態(tài)組織，即先共析的針狀或條束狀鐵素體+少量珠光體組織；圖3（c）、（d）為熱影響區(qū)，其金相組織為過熱的魏氏體組織，即呈網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀的鐵素體+向晶粒內(nèi)部生長的針狀或條束狀鐵素體。魏氏體組織是因焊接時(shí)溫度過高使奧氏體晶粒粗大，在冷卻后出現(xiàn)的，魏氏體組織的出現(xiàn)使得材料的力學(xué)性能明顯下降。

2.3焊道合金元素及晶粒度分析

將試樣進(jìn)行線切割，經(jīng)打磨拋光測量元素分布、晶粒度大小，結(jié)果如表2、3所示。

從表2可知，焊縫組織晶粒細(xì)小，整體晶粒度等級較高；開裂側(cè)熱影響區(qū)晶粒度2~3級(176~125μm)較為粗大。造成這種現(xiàn)象的原因是焊接時(shí)母材溫度低而焊接區(qū)溫度高，且厚板冷卻速率較大，造成熱影響區(qū)組織粗大。

從表3可知，焊縫熔合區(qū)的化學(xué)成分C、Mn、P(鋼中的主要強(qiáng)化元素)含量大體上介于Q195與Q215鋼之間，其強(qiáng)度也介于兩者之間，焊縫合金元素含量明顯低于母材Q345鋼，說明所用焊絲的強(qiáng)度低于母材。

3開裂控制措施

根據(jù)以上分析，為防止厚壁管焊后校圓過程中再次開裂，采取以下措施：

（1）對厚壁管坡口位置進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)為150~170℃，焊接時(shí)避免在高溫區(qū)時(shí)間過長，并減緩焊后冷卻速率。

（2）采用與母材強(qiáng)度相匹配的焊絲，并在焊后校圓之前進(jìn)行振動時(shí)效處理，以消除焊接殘余應(yīng)力。

4結(jié)論

埋弧焊以后焊道存在結(jié)晶熱裂紋和魏氏體組織是導(dǎo)致厚壁管校圓開裂的主要原因，同時(shí)，焊絲合金元素含量偏低，熔合區(qū)晶粒度偏大使得焊道力學(xué)性能降低，是引起厚壁管焊道開裂的間接原因。對厚壁管從焊接工藝、坡口形式、焊絲選型、時(shí)效處理等方面進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，解決了厚壁管焊后校圓開裂問題。