摘要：焊接裂纹是座环焊接过程中常见的问题，也是座环焊接过程中的难点，本文通过 对阿尔塔什水利枢纽主电站4号机组座环焊接裂纹产生的原因进行对比、分析，并改进焊接工艺及焊接控制措施，成功解决了4号机组座环焊接裂纹，以供今后类似焊接裂纹处理借鉴。
关键词：座环、冷裂纹、焊接裂纹、焊接工艺
1、概述
阿尔塔什水利枢纽是塔里木河主要源流之一的叶尔羌河流域内最大的控制性山区水库工程，位于新疆维吾尔自治区南疆喀什地区莎车县霍什拉甫乡和克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县的库斯拉甫乡交界处。水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位1820m，最大坝高164.8m，电站装机容量700MW。本枢纽为大（1）型Ⅰ等工程。主电站安装4台单机17.5mw混流式水轮发电机组，座环采用分瓣运输现场组装焊接，座环上下环本体材质为Q345B，过渡板材质为Q345R。（图：座环焊接示意图）
2、焊接裂纹描述及产生原因分析
2.1焊缝裂纹描述
4号机组分瓣座环组焊完成后，项目部组织专职探伤人员对座环焊缝进行了超声波探伤检测，首次探伤过程中发现座环下环仰焊位与上环平焊位均存在大量的断续式裂纹，裂纹主要集中在座环母材与焊材结合处，其中以下环仰焊位居多；根据现场发现的裂纹形式以及裂纹特征，各方进行了讨论分析；
（1）冷裂纹产生的原因分析
冷裂纹是指焊接接头冷却到较低温度时所产生的裂纹。冷裂纹包括：延迟裂纹、淬硬裂纹、低塑性脆化裂纹等，正常所说的冷裂纹指的是延迟裂纹。延迟裂纹生成温度约在100~－100℃之间，存在潜伏期，缓慢扩散期和突然断裂期三个连续的开始过程。潜伏期几小时、几天甚至更长。裂纹一般有焊道下裂纹、焊根下裂纹、焊根裂纹、横向裂纹、凝固过渡层裂纹。大量的生产实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及焊接接头所承受的应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下是相互联系和相互促进的。
（2）热裂纹产生的原因分析
热裂纹是指高温下产生的裂纹，义称高温裂纹或结晶裂纹.通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态问层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度较低，当焊接应力足够大时就会将液态间层或刚凝同不久的固态金属拉开形成裂纹。此外如果母材的晶界上存在低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，会被拉开形成裂纹。
对比冷裂纹与热裂纹产生的机理结合现场实际情况，经讨论确定目前4#机组座环所产生的裂纹为热裂纹。
2.2产生裂纹原因分析
（1）风速的影响
根据相关工艺守则要求，当风速高于10米/秒时不允许再进行焊接，风速大易造成偏弧产生气孔；根据现场焊接条件焊接条件，蜗壳主要在基坑内焊接，主厂房四周边墙已全部起止发电机层以上，故不存在较大风速影响。
（2）湿度影响
相对湿度大于90%时，不允许焊接，湿度太大易出现焊接母材存在冷凝水现象，造成焊接出现未融，产生夹渣；阿尔塔什地处新疆南疆，常年气候干燥基本不存在自然湿度影响且项目部对座环焊接有针对性的做了防雨措施，因此排除湿度影响。
（3）雨、雪恶劣天气影响
当出现雨、雪恶劣天气时，停止焊接，雨、雪恶劣天气进行焊接时由于温差太大，母材散热太快，易出现焊接冷裂纹，本台机组座环焊接时未出现焊接过程中下雨现象且项目在焊后均进行后热处理，夜间下雨时母材已降至自然温度，因此不存在恶劣天气影响。（8月份不存在下雪）
（4）零摄氏度以下气温影响
天气冷易产生冷裂纹，本次焊接正处于夏季8月份，南疆气温普遍偏高，白天温度在35°左右，夜间温度30°左右，因此排除此项影响因素。
（5）焊前清根影响
焊接作业之前，应当对焊接部位进行清根处理，待焊坡口两侧各5cm处均应进行打磨除锈、除漆，防止出现焊接杂质，造成焊接缺陷；根据现场各项检查制度，焊前项目部组织专职质检人员对焊缝进行检查，焊缝不干净不允许施焊，因此排除焊接杂质影响。
（6）焊接顺序影响
由于座环属于特殊焊接部位，在焊接过程中主要考虑焊接质量与焊接变形，因此焊接有严格的顺序要求，焊接应遵循多层、多道、分段、对称、退步焊的方法进行，焊接时间有严格要求；根据现场焊接过程检查发现，本套座环焊接速度偏快其中出现裂纹的部位明显焊接过程速度大于未出现缺陷的部位，因此该问题为影响焊接质量的因素。（焊接过程中变形范围符合相关文件要求）
根据过程分析，确认本次座环焊接产生的裂纹为热裂纹，主要是由于作业人员作业过程中盲目追求进度而不注重工序所造成的。
3、焊接裂纹处理方案及工艺
3.1裂纹处理
对缺陷部位采用碳弧气刨的方法将缺陷部位彻底清除干净。打磨清理部位，彻底清除渗碳层，使缺陷焊接处漏出金属光泽，打磨光滑后经PT探伤合格后方可进行下一步。
焊前应将坡口面及其两侧范围内的锈、氧化皮、探伤液、油漆等所有影响焊接质量的杂物清理干净。
3.2再次施焊前准备
吸取上次教训，本次焊接前再次组织对作业人员进行交底工作，再次明确焊接难点与重点。
防护措施准备：针对本地区以及焊接相关要求，完善现场防护措施，施工现场增加临时性防护棚，防止出现下雨、大风等极端天气时对焊接质量造成影响。
焊条选用：焊接前详细检查焊条资料以及存储条件，确认焊条使用在规定的使用期限内；检查焊条存储条件确认焊条未受潮。
焊条烘焙：焊条必须经200-350℃焙烘并保温1-2小时，焊条烘干后放入焊条保温筒内，随用随取，取出后立即盖好焊条保温筒盖，保温筒内的焊条不宜过多。焊工领焊条时，须带焊条保温筒。未经烘干或烘干超温的焊条禁止使用。
焊前预热温度：预热采用电加热片进行母材预热，预热温度为120℃左右，工件的预热可采用局部预热的办法，局部预热范围为焊缝两侧150mm以内区域。加热板放置的位置要合理，使其达到预期效果。预热部位要均匀受热，待焊接部位不应有较大的温差。
Q345R预热温度规定
预热示意图
设专人负责焊缝预热、保温、消氢及焊条烘焙过程中的温度控制，并做好预热、焊接及后热消氢过程中温度控制的详细记录。
3.3焊接控制
适时观测现场天气、焊接现场温度、湿度等影响因素，做好记录并采取相应措施，确保焊接现场各因素满足要求。
使用规范电流施焊，焊道宽度不得大于15mm，每层厚度在10mm～15mm范围内。焊接过程中除打底层和盖面层焊缝外，其他均需充分锤击，消除应力。
采用多层、多道、分段、对称、退步的焊接方式，在整个焊接过程中应随时监测焊接变形，以便调整焊接顺序和焊接量。
焊接过程严格按照要求执行，严格控制焊接速度，拒绝为了进度而降低质量，减少缺陷与返修次数，整体提升座环焊接质量。
返修部位应连续焊成。如中断焊接时，应采取后热、保温措施，防止再次产生裂纹。
图4 座环工艺组焊顺序示意图
3.4 焊后处理
焊接后热消氢处理加热温度为250℃，保温2小时后，缓慢降温至40℃保温，直到第二次焊接前再次预热。
结束语
阿尔塔什水利枢纽主电站4号机组座环焊接裂纹经过现场分析、处理，得出结论：座环焊接要严格按照相关控制程序做好各道工序控制，过程控制做好详细的记录，提升整体施工质量。
论文作者:田旭鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/10
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