Page 66 - 理化检验-物理分册2025年第五期

韩大明，等：换热器筒体法兰焊缝开裂原因

认为回火热处理可以降低扩散氢的含量，减小残余 200~250 ℃，采用火焰加热方式进行温度控制，利用
应力，降低氢致裂纹的发生概率；焊接前预热能降低 接触式测温仪同步测温，保证道间温度不低于预热
接头的应力，也有利于氢的排出。此外，高强钢在焊 温度。笔者采用一系列理化检验方法分析焊缝开裂
接去应力热处理过程中容易产生再热裂纹，可通过
的原因，以确定裂纹开裂性质，并提出改进措施及
Gleeble再热裂纹试验判断钢材的再热裂纹敏感性，
建议。
从而确定裂纹的开裂性质 。
[9]
某设备制造厂换热器管箱筒体与反向法兰焊接 1 理化检验
后，发现环焊缝接头部位发生多处开裂，裂纹均沿筒 1.1 化学成分分析
体纵向分布，多数裂纹在内壁显示，裂纹横跨打底焊
在填充焊缝、法兰、筒体处截取试样，用直读
缝，少量裂纹穿透外壁。
光谱仪对试样进行化学成分分析，结果如表 1 所
换热器筒体为Ⅳ级锻件，材料为12Cr2Mo1V钢；
法兰为Ⅳ级锻件，材料为12Cr2Mo1V钢；填充焊材 示。由表1可知：法兰、筒体的化学成分满足NB/T
型号为US-521H/PF-500，焊丝直径为 4.0 mm；打 47008—2017《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》对
底焊缝材料为CM-A106HD焊条，直径为 5.0 mm。 12Cr2Mo1V钢的要求，填充焊缝与两侧母材的化学
焊接时采用火焰加热的方式进行预热，预热温度为 成分接近。
表1 填充焊缝、法兰、筒体试样的化学成分分析结果 %

质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Mo V Nb Ti Ni Cu
填充焊缝实测值 0.084 0.130 1.10 0.001 2 0.003 6 2.45 1.00 0.36 0.013 <0.001 0.024 0.130
筒体实测值 0.140 0.070 0.49 0.002 3 0.006 1 2.38 1.05 0.30 0.026 <0.001 0.150 0.066
法兰实测值 0.140 0.065 0.46 0.001 9 0.005 0 2.39 1.05 0.28 0.026 <0.001 0.150 0.072
标准值 ≤0.15 ≤0.1 0.3~0.6 ≤0.005 ≤0.010 2.00~2.50 0.90~1.10 0.25~0.35 0.070 ≤0.030 ≤0.3 ≤0.2
1.2 硬度测试 焊缝各区的硬度均高于 1/2壁厚处；焊缝宽度方向

在焊接接头横截面上的打底焊缝及 1/2 壁厚 上，焊接接头各区发生明显淬硬现象，焊缝及热影
填充位置处截取试样，用显微维氏硬度计对试样进 响区的硬度显著高于母材，其中焊接过热区的硬度
行硬度测试，结果如表 2 所示。由表 2 可知：打底 较高。
表2 焊接接头显微维氏硬度测试结果 HV1

硬度
项目
筒体母材 筒体正火区 筒体过热区 焊缝区 法兰过热区 法兰正火区 法兰母材
打底焊缝处实测值 213 376 436 349 415 387 223
1/2壁厚处实测值 211 360 404 357 391 331 227
1.3 金相检验 壁厚位置焊接接头各区的显微组织形貌与打底处焊
对焊接接头未裂透部位的横截面位置截取试 接接头各区的显微组织形貌基本一致。
样，取样位置分别为打底焊缝位置及1/2壁厚位置， 焊缝裂纹微观形貌如图2所示。由图2可知：焊
将试样置于光学显微镜下观察，结果如图1所示。由 缝横截面未见裂纹缺陷，焊缝纵截面裂纹呈单条
图1可知：焊缝的显微组织为贝氏体，呈柱状晶；焊 状[见图2（a），裂纹横跨焊缝及热影响区，尖端止
]
缝熔合区的显微组织为贝氏体，呈等轴晶；母材过热 于热影响区外缘的母材位置；在壁厚方向，裂纹由内
区显微组织为贝氏体+马氏体，形成淬硬组织；母 向外扩展，止于距打底焊缝表面70 mm处，焊缝宽度
材正火区显微组织为贝氏体+马氏体，呈细等轴晶； 方向上，裂纹垂直于焊接方向分布，轮廓形状基本与
母材不完全正火区的显微组织为贝氏体+马氏体， 焊接热影响区吻合，具有冷裂纹特征。
由于局部晶界奥氏体化，故新转变产物沿晶粒断续 裂纹区和无裂纹区均未发现夹渣、孔洞、未焊透
分布；母材的显微组织为贝氏体+少量铁素体。1/2 等焊接缺陷，这两个区域的显微组织均匀且无明显

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