钢结构翼板对接焊缝端部裂纹产生的原因及预防措施.docx

钢结构翼板对接焊缝端部裂纹产生的原因及预防措施
张广兴1李中伟1张东文1邢国强1赵纪峰1李青松1吴楠1霍更国2
（1河北省电力研究院，河北石家庄050021；
2河北国华沧东发电有限责任公司，河北沧州061113）
摘要：在某电厂基建过程中，发现钢结构翼板对接焊缝端部存在多处裂纹，针对该情况，本文对钢结构在埋弧焊接时产生裂纹的原因进行了分析，指出端部裂纹产生是拉伸应力、特殊的温度场和磁场等共同作用的结果，由此提出了相应的预防措施。
关键词：钢结构翼板；裂纹；焊缝端部；预防措施
Abstract：Intheprocessofsomepowerplant’sbuilding,manyofcrackswasfoundontheendofbuttweldinwingplatesteel.Inallusiontothestatus,thecausesofcracksgeneratedwhensubmergedarcweldingwereanalysedinthepaper,pointingthatitwasbecauseoftensilestress,specialtemperaturefiledandmagneticfiledeffectingtogether,andpreventingmeasureswereproposed.
Keywords:wingplatesteel;cracks;endofbuttweld;preventmeasures
1概述
某发电厂二期工程（2×660MW）国产超临界燃煤机组的锅炉钢结构由太仓正华钢结构厂承制，主厂房钢结构由北京中唐金属结构有限公司承制。河北省电力公司锅炉压力容器检验中心检验人员在对其钢结构进行MT检验时，在30根钢结构翼板对接焊缝端部发现了100多处裂纹缺陷，长度约20～25mm，图1为现场裂纹典型照片，图2为裂纹产生的部位。通过相关专业技术人员对制造厂的调研，分析了裂纹产生的原因，并提出了预防措施，及时有效的遏制了裂纹缺陷的继续产生。（锅炉钢结构材质：Q345B；主厂房钢结构材质：Q235B）

对接焊缝

图1翼板对接焊缝端部裂纹图2钢结构裂纹产生部位示意图
2端部裂纹的性质及原因分析
从裂纹产生的位置及外观特征可以看出，端部裂纹按其性质属于热裂纹之一的结晶裂纹。在熔池结晶后期，焊缝中心聚集较多杂质，并富集在晶界，这些低熔点共晶被排挤到柱状晶交界的中心部位，隔离了晶粒之间的联系，使晶界成为薄弱地带。此时，在由收缩引起的拉伸应力的作用下就有可能在薄膜地带造成开裂而形成结晶裂纹。结晶裂纹是在液态薄膜和拉应力共同作用下产生的，其中，液态薄膜是产生结晶裂纹的内因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。
2．1端部焊缝部位温度场的变化
埋弧焊接时，当焊接热源靠近焊缝的端部时，焊缝的温度场将发生变化，越靠近端部，其变化就越大：因为引（熄）弧板的尺寸远比钢结构小，其热容量也小得多，且引（熄）弧板与钢结构之间只靠定位焊缝连接，故可视为大部分不连续，所以端部焊缝的传热条件很差。温度场的突然变化影响熔池在高温下停留的时间及熔池凝固的速度，从而影响了焊缝凝固后的宏观和微观组织，及HAZ内的晶粒生长及再结晶。特别当引（熄）弧板尺寸过小、引（熄）弧板与钢结构之间的定位焊缝过短、过薄时更为显著。
2．2焊缝端部磁场的变化
由于边缘效应，在焊缝部位磁场的变化与温度场情况相似，当引（熄）弧板较小且与钢结构之间大部分不连续时，由于空气场的影响，磁阻增大，导致熔池与板边之间的磁力线密度大大增加，当采用直流焊接电源焊接时，在此部位焊接电弧将会发生较大的磁偏吹现象。此现象往往使焊丝偏离坡口中心而加剧，从而将影响焊接过程的正常进行。
2．3冷却速度和焊接线能量的影响
一般而言，接头的冷却速度越大，所产生的应变率也越大，因而结晶裂纹倾向越大。适当提高线能量和预热温度可减少焊缝金属的应变率从而可降低结晶裂纹的倾向。应当指出，虽然增加线能量会降低应变率，然而会促使晶粒长大，增大偏析倾向，反而会使裂纹倾向增大。
2．4焊接速度的影响
焊接速度对结晶裂纹影响很大，当焊接速度提高到足够快时，熔池形状将由椭圆形过渡到水滴形，焊缝中的柱状晶也将由弯曲状长大改变为呈近似垂直于焊缝中心线长大。这种结晶方式将促使杂质向焊缝中心线偏析而严重增大结晶裂纹的倾向。
2．5其他因素
近年钢结构制造厂家工作量的急剧增加，导致在钢结构制造、检验过程中工艺执行不严格，检验人员数量不能满足现场工作的需要，监造人员忽视对焊接质量的控制等情况屡屡发生，这些不良因素在一定程度上造成了端部裂纹缺陷的出现。
3预防措施
从上述端部裂纹产生原因分析可见，要克服埋弧焊端部裂纹，可采取以下几种措施：
3．1适当地加大引（熄）弧板的尺寸
引（熄）弧板通常有四大作用：第