锅筒纵缝裂纹原因分析

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1 问题现状

锅筒（即汽包）是哈尔滨锅炉厂有限责任公司常规产品，焊接质量一直很好。去年该公司承制的某锅筒产品，母材为P355GH，壁厚100 mm，筒身纵缝采用埋弧自动焊+焊条电弧焊的焊接方法。在产品生产过程中，纵缝焊接后焊缝边缘处出现大面积的横向和纵向裂纹。文中就锅筒纵缝裂纹产生的原因进行了分析。

2 原因分析

锅筒纵缝焊接采用的坡口形式如图1所示，先采用焊条电弧焊焊好垫板，外侧坡口内采用埋弧自动焊工艺焊接，内侧采用碳弧气刨清除垫板，然后采用焊条电弧焊焊满。焊接材料选用与母材P355GH同等级的埋弧焊焊丝H08MnMoA，焊丝规格为4.0mm，焊剂为SJ101，焊条牌号为GB E5015，规格分别为4.0 mm和5.0 mm。

在对裂纹产生原因进行分析时，采用影响因素逐个排除的方法。此次出现的裂纹在此类产品焊接过程中首次出现。首先考虑的是焊接过程控制可能没有按照焊接工艺规程进行。

裂纹产生在焊缝热影响区附近，初步判断可能为延迟裂纹。由于延迟裂纹的出现主要取决于三方面因素，即熔敷金属中氢的作用、材料的淬硬倾向和焊接接头的应力状态。所以先通过查看焊材领用记录及焊接过程记录确定了以下情况：焊接材料领用正确，没有出现错误使用高等级淬硬倾向更大的焊接材料；焊接过程中完全按照焊接工艺规程（WPS）进行了焊前坡口的认真清理，预热温度不小于150 ℃，层间温度控制在150～300 ℃之间，并且焊后及时进行了200～250 ℃×2 h的后热处理。以上采取的冶金和工艺措施完全能避免焊缝延迟裂纹的产生，所以可以确定此次出现的裂纹不是延迟裂纹。

低合金钢厚板焊接热影响区出现的裂纹也有可能是母材缺陷引起的层状撕裂。由于锅筒在高温高压下工作，所以选用板材厚度大，且筒节卷制后存在一定的应力，若母材中存在轧制缺陷则有可能引发层状撕裂。虽然该公司的原材料都经过复验合格后才能投料生产，但由于母材和焊缝的无损检测合格等级不一致，不能排除母材存在缺陷。

在后续筒节纵缝焊接前对坡口两侧100 mm范围内的母材按照焊缝的探伤标准进行了UT探伤，结果表明，在距坡口边缘10 mm处，发现深度50 mm的长条形缺陷，以及70 mm的部分缺陷。

采用火焰气割的方法把筒节每侧坡口边缘去除15 mm宽的母材，对切割下的有缺陷母材进行宏观取样分析，试样大小为150 mm×100 mm×10 mm，铣平表面后进行外观目视和液体渗透检查，未发现缺陷。然后采用5%的硝酸酒精溶液对试样进行腐蚀，腐蚀后在母材中部（探伤发现的深50 mm处）发现连续的长条形缺陷，并且遍布整个长度方向。