【摘要】在采用埋弧自动焊焊接钢制锅炉压力容器筒节时，时常发现纵焊缝端部产生裂纹。本文通过分析裂纹产生的原因，采取有效预防措施，消除了裂纹产生。
【关键词】钢制锅炉压力容器；筒节纵焊缝端部；裂纹；原因；预防措施
《特种设备安全监察条例》将涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器定义为特种设备。
特种设备是国民经济建设的重要基础设备，是与人民群众生活密切相关的重要基础设施，广泛应用于社会经济建设和人民群众生活的各个领域。一旦发生事故，将会造成严重的人员伤亡及重大财产损失。
特种设备关系到保障人民生命安全，也关系到国家经济运行安全和社会稳定，是公共安全的重要组成部分。
国家对特种设备一直实行许可证管理制度，由质量技术监督部门对特种设备的设计、制造、安装、改造、维修的资质进行审批核准，同时委托具有相应资质监督检验技术机构对特种设备的制造、安装、改造、维修进行监督检验，以有效控制特种设备产品安全质量。
我院是由国家特种设备安全监督管理部门核准的特种设备检验检测机构。
在对锅炉压力容器制造厂锅炉压力容器产品安全性能监督检验时发现，当采用埋弧自动焊焊接钢制锅炉压力容器筒节纵焊缝（A类焊接接头）时，焊后经肉眼或X射线无损检测发现，在筒节纵焊缝端部（收弧部位）有裂纹产生，尤其是单面焊，在焊缝终端更为多见，其特征为沿着焊缝纵向中心线开裂，严重时裂纹部位的焊缝纵横截面会全部开裂。分析其产生的原因，焊缝终端裂纹是在高温下由焊接应力引起的。在筒节组装时，一般都要在焊道两端进行定位焊。在焊接时，焊件在电弧热的作用下，受热部分膨胀，使得焊件沿纵向在其平面内发生弯曲变形，由于焊件终端定位焊的约束，焊件不能自由变形，此时定位焊点受到横向拉力，随着焊接过程不断的进行，此横向拉力也逐渐增大。当焊接电弧将此定位焊点溶化的瞬间，焊件已无约束，应力由此释放（在焊件平面产生弯曲变形）。正处于半凝固状态的焊缝在此力的作用下被拉裂而形成裂纹，并随着焊接过程的进行继续延长，至焊缝结束为止。
端部裂纹还与冶金因素如硫的偏析、尾部熔池形状以及枝晶的生长方向有关。硫是焊缝金属中有害的杂质之一，它通常以FeS形式存在于钢中，与铁在液态可以无限互溶，而在固态其溶解度急剧下降，因此，在溶池结晶时它容易发生偏析，以低熔点共晶Fe+FeS（熔点985℃）或FeS+FeO（940℃）的形式呈片状或链状分布于晶界。这样就增加了焊缝金属产生结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性。
熔池形状不稳定也会造成焊缝在端部产生裂纹。焊接过程中，焊接接头在焊后焊渣刚刚翘起时，焊渣还正在发红的时候就去除药皮焊渣，致使在焊缝的一次结晶过程时温度下降的较快，加快了低熔共晶物的形成，形成了偏析，而产生焊接裂纹。
其次，端部裂纹还与筒节焊后冷加工有关，有些锅炉压力容器制造厂在去除筒节两端引弧板和引出板时，采用锤击法。锤击去除引弧板和引出板会使筒节端部焊缝的横截面形成形状不规则的夹角和缺口。筒节经过辊床找圆加工，在外力作用下，就很容易在夹角和缺口处撕裂，形成端部裂纹。经过反复试验表明，克服和预防钢制锅炉压力容器筒节端部裂纹，可采取如下预防措施：
1、应尽量减少焊缝中的含硫量。一般在低碳钢焊缝中，控制含硫量小于0.035%；合金钢焊缝则应小于0.025%；
减少焊缝含硫量的措施有一下几点：
（1）限制焊接中的含硫量 焊缝金属中的硫主要来源于三个方面：一是母材，其中的硫几乎可以全部过渡到焊缝中去，但母材中的含硫量比较少：二是焊丝，约有70～80%的硫可以过渡到焊缝中去：三是焊剂，约有50%的硫可以过渡到焊缝中。可见，严格控制焊接原材料的含硫量是限制焊缝含硫量的关键措施。
（2）用冶金方法脱硫 为了减少焊缝金属中的含硫量，如同脱氧一样，可以选择对硫的亲和力比铁大的元素进行脱硫。
在焊接化学冶金中常用的脱硫剂是锰，其脱硫反应为：
（FeS）+（Mn）=（MnS）+（Fe）
反应的产物MnS进入熔渣。在焊接化学冶金中还常常采用碱性金属氧化物，如MnO、CaO等进行脱硫，其反应如下：
（FeS）+（MnO）=MnS+（FeO）
（FeS）+（CaO）=（CaS）+（FeO）
生成的CaS类似于MnS，不溶于金属而进入熔渣中。可见增加渣中MnO和CaO的含量，有利于脱硫。
2、将筒节焊道端部定位焊位置前移，减小定位焊长度，并采用特殊的开槽引出板。开槽引出板和筒节的连接方法如图所示。这种引出（弧）板对焊件的弯曲变形产生弹性约束，从而防止了裂纹产生；
开槽引出（弧）板与筒节的连接方法
3、在去除引弧板和引出板时，严禁使用锤击，应采用气割或其它机械方法去除；
4、筒节在冷加工找圆时，严禁利用大锤直接敲击焊缝端部和强力组装；
5、根据熔焊原理，在埋弧焊焊接时控制熔池的形状、减少凹度等工艺措施；
6、为减缓焊缝冷却速度，在焊缝成型期间，焊后不要立刻清理焊渣，要等到焊缝冷却至室温后再清除，以利于焊缝的正常成型；
7、在焊缝成型期间，不要转动锅炉压力容器筒节，以免由于外力而使焊缝拉裂和撕裂；
8、增加时效处理和焊后消应力热处理也可以防止焊接接头出现裂纹产生的机率。
参考文献
[1]张文钺主编.天津大学.《金属熔焊原理及工艺》
[2]姜焕中主编.上海交通大学.《焊接方法及设备》