杯形阀阀盖焊接工艺

　　分析了杯形阀阀盖十字形和T 字形( I 形坡口) 焊接接头产生热裂纹的原因，制订了工艺改进方案，通过相关的试验验证，确定了防止热应力产生的有效措施。

1、概述

　　杯形阀是冶金行业转炉煤气全干法除尘系统配套的关键设备，具有除尘效率高、净煤气含尘量小、环保效果明显、节水节电和发电效率高等优点，其可靠性直接影响到煤气的回收数量和回收质量，直接影响到煤气柜压力的高低和煤气的泄漏量。杯形阀阀盖是焊接结构，焊接过程中焊缝上出现了裂纹。为了保证焊接质量，通过试验，制定了新的焊接工艺。

2、裂纹产生的原因

　　2.1、焊缝检验

　　阀盖由端盖、轴座和筋板等组成，端盖的板厚为40mm，轴座壁厚为63mm。轴座与端盖之间采用十字形结构( I 形坡口) 焊接连接，接头是I 形坡口( 图1) 。阀盖组焊后，在端盖的焊缝表面有一处弧坑、角焊缝上侧焊趾与母材接口处有咬边现象，裂纹位于焊缝中心，围绕轴座一周，断口呈氧化色。经检验，裂纹的宽度为0. 12mm，焊接接头的热影响区晶粒比较粗大。采用光谱仪对母材和焊材进行化学成分分析( 表1) ，结果表明，母材为Q235 - B 碳素钢，符合GB 700 标准，焊材为J427，符合GB 5117 标准。从裂纹的位置、大小、色泽和走向等特征判断，其为热裂纹。

表1 材料的化学成分Wtmax%

　　2.2、原因分析

　　( 1) 焊接应力

　　由于十字形接头和T 字形接头焊缝向母材过渡较急剧，因此造成应力分布不均匀，在角焊缝的根部和焊缝向母材过渡处，产生很大的应力集中。I形坡口的十字形接头和T 字形接头其应力集中更为突出( 图2) 。

图1 阀盖

　　(2) 表面缺陷

　　焊缝表面的弧坑、咬边缺陷不仅减小了焊缝有效的承载截面积，削弱焊缝的强度，由此产生很大的应力集中。当应力值超过缺陷前端部位金属材料的断裂强度时，材料就开裂，接着新开裂的端部又产生应力集中，使原缺陷不断扩展，直至焊接结构断裂失效。

图2 焊接应力

　　(3) 材料刚性

　　母材的厚度较大，焊接接头受焊接刚性拘束产生拘束应力，这种应力不仅与结构的刚度有关，而且与焊接顺序、构件自重及构件受到的载荷有关。

　　(4) 焊接结构

　　十字形和T 字形焊接接头采用I 形坡口使焊缝向母材过渡的截面尺寸有明显变化，其应力集中系数较高，所以I 形坡口焊接接头的疲劳强度较低。

　　(5) 焊接工艺

　　焊接时，焊缝区域由于受热面发生膨胀而承受压应力，冷却时受热面收缩承受拉应力。在拉应力和低熔点共晶联合作用下就形成了热裂纹。应力的大小与焊接输入热的多少等因素有关。不合理的焊接热输入使焊接接头热影响区晶粒粗大，焊缝和热影响区易产生热裂纹。

　　焊接接头的表面弧坑和咬边等缺陷是热裂纹产生的主要原因，焊接接头的应力集中是热裂纹产生的内因，焊接过程中工艺参数的控制是热裂纹产生的外因。

3、结语

　　端盖与轴座间焊接接头坡口结构改进后，通过采用合理的焊接规范和低氢焊接方法，提高了焊接质量，避免了热裂纹的再次发生，取得了满意的结果。