復(fù)合鋼板焊接接頭頭斷裂分析摘要：分析了166MnR+4405復(fù)合鋼板筒筒節(jié)縱向焊接接接頭斷裂的的原因，介紹紹了采取的改改進(jìn)工藝措施施及其效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)復(fù)合鋼板；斷斷裂；換熱器器

某廠500萬t/a常減壓蒸餾餾裝置中有20臺(tái)換熱器殼殼體材料選用用（16MnR＋405）復(fù)合鋼板板制造。其基基層材料為16MnR，復(fù)層不銹鋼鋼為德國(guó)產(chǎn)405（相當(dāng)于我我國(guó)的材料牌牌號(hào)0Cr133Al）。在該批批換熱器的制制造過程中，先先后有4個(gè)筒節(jié)縱向向焊接接頭斷斷裂，其中規(guī)規(guī)格為φ1200mmm×（16+3）mm的2節(jié)，φ800mmm×（22+3）mm和φ900mmm×（24+3）mm的各1節(jié)。斷裂均均在基層焊接接完成后校圓圓時(shí)發(fā)生。文文中分析了斷斷裂原因，并并介紹了采取取的改進(jìn)工藝藝措施及效果果。

一、材料化化學(xué)成分及力力學(xué)性能

基層與復(fù)層層材料的化學(xué)學(xué)成分見表1，其力學(xué)性性能：基層Rm=5550MPa，Rel=3325MPaa，0℃的沖擊功AKA=331J；復(fù)層Rm=4550MPa，Rel=2250MPaa沖擊功AKA=88J。二、斷裂原因分析析

該批換熱器器所用不銹鋼鋼復(fù)合鋼板的的基層材料厚厚度分別為12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm及30mm共8個(gè)規(guī)格，復(fù)復(fù)層厚度均為為3mm。

不銹鋼復(fù)合合鋼板按文獻(xiàn)獻(xiàn)［1］BⅡ級(jí)要求，采采用爆炸復(fù)合合，質(zhì)量等級(jí)級(jí)為Ⅱ級(jí)。制造時(shí)時(shí)筒節(jié)縱向焊焊接接頭型式式及尺寸見圖圖1。2．1斷口形貌

完全斷斷開的筒節(jié)見見圖2。斷開的最最大寬度為150mm，斷開位置置絕大部分位位于將復(fù)合層層刨削后的坡坡口根部，只只有很少部分分?jǐn)嗫谖挥谀改覆模梢钥纯闯?，裂紋已已擴(kuò)展至母材材深處，這說說明在校圓過過程中產(chǎn)生了了很大的應(yīng)力力，且材料的的的脆性較大大。圖3為其斷口形形貌，下端為為復(fù)層一側(cè)，斷斷口光亮，呈呈現(xiàn)典型的穿穿晶（解理）脆脆性斷裂特征征。從斷口看看，其剪切唇唇的厚度約為為1mm（上端灰色色層）。經(jīng)檢檢驗(yàn)，未斷開開筒節(jié)的裂紋紋同樣位于復(fù)復(fù)合層刨削后后的坡口根部部，裂紋長(zhǎng)度度幾乎與縱向向焊接接頭長(zhǎng)長(zhǎng)度相等，其其外露斷口特特征與圖3相同。2．2硬度檢驗(yàn)及化學(xué)成成分分析

經(jīng)檢驗(yàn)，母母材最高硬度度177HB，最低硬度136HB，材料的硬硬度值合格，因因此，可排除除母材含有硬硬脆相的可能能。

對(duì)其中1個(gè)斷裂筒節(jié)節(jié)的基層取樣樣進(jìn)行化學(xué)成成分分析，結(jié)結(jié)果見表2。與表1對(duì)照可知，其其化學(xué)成分與與供應(yīng)值非常常接近，S、P含量也非常常低。2．3力學(xué)性能及金相檢檢驗(yàn)

對(duì)斷裂的4個(gè)筒節(jié)各取1塊試板制備備試樣進(jìn)行力力學(xué)性能檢驗(yàn)驗(yàn)，結(jié)果見表表3。由于筒節(jié)斷裂是在在基層焊接完完成后的校圓圓階段發(fā)生，當(dāng)當(dāng)時(shí)20臺(tái)換熱器的的筒節(jié)全部卷卷制完成。因因此，進(jìn)一步步的檢驗(yàn)只能能在筒體兩端端的開孔位置置取樣，筒體體上開孔的最最大直徑為φ250mm，故無法進(jìn)進(jìn)行完整的力力學(xué)性能試驗(yàn)驗(yàn)。取樣前重重新調(diào)整排版版圖，以便對(duì)對(duì)不同的材料料檢號(hào)取樣。

按不同材料料檢號(hào)及規(guī)格格，共進(jìn)行了了18組試樣的沖沖擊試驗(yàn)。結(jié)結(jié)果表明，與與斷裂的2個(gè)筒節(jié)具有有相同材料檢檢號(hào)的另外4個(gè)筒節(jié)的沖沖擊功全不合合格，單值最最高為42J，最低為17J。18組試驗(yàn)中有10組合格，8組不合格，其其中數(shù)量最大大的（16+3）mm和（12+3）mm兩批鋼板試試樣的沖擊功功有合格的也也有不合格的的。此外，對(duì)對(duì)厚度為（16+3）mm和（24+3）mm復(fù)合鋼板在在不同部位取取樣做沖擊試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同同一張鋼板板板頭位置試樣樣的橫向平均均沖擊功幾乎乎是板中間部部位試樣的3倍。對(duì)同一一部位的縱、橫橫向沖擊韌性性進(jìn)行比較試試驗(yàn)，結(jié)果表表明，縱向平平均沖擊功大大約比橫向平平均沖擊功高高1倍。

從斷裂的筒筒節(jié)上取樣進(jìn)進(jìn)行金相檢驗(yàn)驗(yàn)，基層16MnR的金相組織織除帶狀組織織明顯外，未未見其它異常常，晶粒度為為8級(jí)。沖擊試試樣的金相組組織觀察表明明，其珠光體體呈網(wǎng)狀分布布，這說明母母體組織不均均勻，表現(xiàn)為為沖擊功相差差較大（表3）。在掃描描電鏡下觀測(cè)測(cè)到的斷口形形貌見圖4和圖5。從斷口的低倍形貌貌可以看出，裂裂紋起源于圖圖4中的右側(cè)表表面，即復(fù)層層刨削后的坡坡口根部位置置。從圖"中也可看到到這一點(diǎn)，且且裂紋起始階階段有明顯的的撕裂現(xiàn)象，其其微觀形貌為為韌窩特征。其其它區(qū)域主要要為裂紋的快快速擴(kuò)展區(qū)，其其微觀形貌為為解理特征，宏宏觀上表現(xiàn)為為如圖3中的光亮區(qū)區(qū)域。

能譜分析結(jié)結(jié)果也表明，裂裂紋起源于復(fù)復(fù)層，擴(kuò)展過過程中又從復(fù)復(fù)層穿入基層層，最終導(dǎo)致致斷裂。

2．4制造工藝

對(duì)制造過程程的調(diào)查分析析認(rèn)為：①筒節(jié)校圓時(shí)時(shí)復(fù)層尚未焊焊接，制造工工藝要求復(fù)層層施焊前應(yīng)將將基層坡口兩兩側(cè)大于等于于10mm范圍內(nèi)的復(fù)復(fù)層完全剔除除，但在實(shí)際際加工過程中中，由于各方方面的原因，剔剔除深度總是是很難達(dá)到要要求，一般小小于3mm，最小的不不足2mm。剔除寬度度也往往達(dá)不不到要求，一一般為4~7mm，該寬度正正好處于埋弧弧焊的焊接熱熱影響區(qū)，這這一區(qū)域組織織粗大，性能能較差。此外外，由于復(fù)層層剔除深度和和寬度不夠，導(dǎo)導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸變化大大，使坡口根根部存在應(yīng)力力集中，電鏡鏡觀察結(jié)果也也證明了這一一點(diǎn)。②施焊時(shí)的環(huán)環(huán)境溫度控制制不嚴(yán)，可能能使材料產(chǎn)生生脆性。

綜上所述，復(fù)復(fù)合鋼板斷裂裂的主要原因因是：①材料不合格格。分析認(rèn)為為，沖擊功不不合格與鋼板板爆炸復(fù)合后后的熱處理工工藝以及執(zhí)行行熱處理工藝藝過程中出現(xiàn)現(xiàn)的某些偏差差有關(guān)，如恒恒溫溫度或冷冷卻速度不均均勻等，表現(xiàn)現(xiàn)為其金相組組織不均勻，有有的區(qū)域珠光光體呈正常的的塊狀分布，而而有的區(qū)域珠珠光體則呈網(wǎng)網(wǎng)狀分布。相相對(duì)于鐵素體體，珠光體相相的塑性韌性性較低，若其其連成網(wǎng)狀，則則會(huì)降低母材材組織的沖擊擊韌性。②校圓時(shí)復(fù)層層未焊，復(fù)層層剔除深度和和寬度不夠，坡坡口根部存在在應(yīng)力集中。③施焊時(shí)的環(huán)境溫度較低，增加了材料的脆斷敏感性。

三、改進(jìn)措施及效果

通常情況下，不合格的材料將被判報(bào)廢。由于該批材料不合格的主要原因是爆炸復(fù)合后的熱處理工藝及其熱處理過程不當(dāng)，其力學(xué)性能中僅0℃沖擊功不合格，金相組織觀察也未發(fā)現(xiàn)過燒等組織缺陷，因此，采用重新進(jìn)行熱處理的辦法恢復(fù)其組織與性能。

正火是將材料重新加熱到完全奧氏體化后空冷的熱處理工藝，熱處理后可獲得新的先共析鐵素體和珠光體組織，能切斷材料原有組織的遺傳性，消除原材料中的粗大組織。為此，進(jìn)行了正火熱處理試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用正火熱處理極大地改善了材料的沖擊韌性，其各項(xiàng)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

為使正火熱處理不降低405復(fù)層的耐腐蝕性能，在恒溫后的冷卻過程中，可使其快速通過敏化溫度區(qū)間。由于復(fù)層材料405中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為0.037%，因此，在整個(gè)正火過程中，復(fù)層不發(fā)生相變，其組織性能也不會(huì)發(fā)生太大的變化。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)所有進(jìn)行沖擊試驗(yàn)不合格的筒節(jié)以及無法進(jìn)行檢驗(yàn)的筒節(jié)均進(jìn)行了正火熱處理，正火熱處理的工藝參數(shù)曲線見圖6?？紤]到在正火熱處處理試驗(yàn)后，材材料的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度已達(dá)到標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求的最最低抗拉強(qiáng)度度。因此，在在制定熱處理理工藝時(shí)，將將恒溫階段的的溫度降低了了15℃，以確保材材料的強(qiáng)度符符合標(biāo)準(zhǔn)要求求。

對(duì)換熱器筒筒節(jié)的正火處處理共進(jìn)行了了4爐，每爐帶2塊母材試板板，試板從斷斷裂的筒節(jié)上上切取。根據(jù)據(jù)由隨爐試板板制備的試樣樣所做的沖擊擊試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)經(jīng)正火處理后后筒節(jié)材料的的沖擊功提高高了2～5倍，取得了了良好的效果果。

四、結(jié)語

按以上措施施處理后的筒筒節(jié)，在校圓圓過程中未發(fā)發(fā)生斷裂或開開裂現(xiàn)象。該該20臺(tái)換熱器已已如期在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)安裝并投產(chǎn)產(chǎn)，運(yùn)行半年年來，