1 、裂紋產(chǎn)生
某石化工程鋼結(jié)構(gòu)加工任務(wù)由我司承制，工地由某化建單位安裝，2011 年1月10日，施工人員在安裝現(xiàn)場巡檢中，發(fā)現(xiàn)工程22m標(biāo)高處外取熱器下支座梁與框架梁連接節(jié)點(diǎn)腹板處出現(xiàn)裂紋，接報(bào)后，承制與安裝雙方進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查，平臺鋼結(jié)構(gòu)主次梁焊接接頭部位存在裂紋缺陷，拿出補(bǔ)修方案并100%探傷，并委托專業(yè)單位對裂紋梁主材進(jìn)行硬度檢測和現(xiàn)場取樣分析。此次復(fù)檢共檢查類同梁15根，發(fā)現(xiàn)裂紋僅此1條，裂紋產(chǎn)生的位置在主梁腹板與次梁腹板連接焊縫位置（主梁HN700×300×13×24，次梁HN700 ×400×14×30）。焊接接頭部位存在的裂紋為個(gè)別現(xiàn)象，裂紋在接頭的熱影響區(qū)圍繞接頭呈半弧形。裂紋梁的位置見圖1平臺梁平面布置圖，裂紋形態(tài)見圖2梁立面截面圖。
2 、 裂紋產(chǎn)生的原因分析
蒸餾平臺鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材為Q345B 低合金鋼，進(jìn)廠原材料經(jīng)過嚴(yán)格的各項(xiàng)復(fù)檢，化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足GB/T 15911994《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的要求。經(jīng)現(xiàn)場硬度檢測和現(xiàn)場取樣分析，化學(xué)成分和力學(xué)性能均符合國標(biāo)要求。
在正常情況下該鋼種可焊性良好, 不易產(chǎn)生焊接裂紋。安裝現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的裂紋分布于焊接接頭的熱影響區(qū)，具有延遲性，由此可以斷定此種裂紋為焊接冷裂紋中的延遲裂紋。裂紋產(chǎn)生的主要原因分析如下。
2.1 、施工人員自作主張，在插入接頭位增加焊接補(bǔ)強(qiáng)板
在梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)并沒有增加筋板和補(bǔ)強(qiáng)板，施工人員在安裝前擅自在腹板側(cè)增加一塊補(bǔ)強(qiáng)板，工序上先進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)焊接，然后將次梁插入，隨后安裝梁，將梁腹板緊貼補(bǔ)強(qiáng)在主梁腹板處進(jìn)行二次焊接, 造成局部區(qū)域焊縫密度過大，使得焊接時(shí)這些部位的拘束應(yīng)力過大，而拘束應(yīng)力大是產(chǎn)生冷裂紋的重要原因之一，這就大大增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。。
2.2 、焊接施工現(xiàn)場條件較差，工藝制定和執(zhí)行不良，特別是焊前預(yù)熱和焊后緩冷不到位
焊接工藝技術(shù)防止缺陷產(chǎn)生的措施主要有：焊前預(yù)熱、焊后緩冷；選用合適焊條和工藝參數(shù)，使用前在保溫箱內(nèi)按規(guī)定的溫度、時(shí)間加熱保溫, 使用時(shí)放置在保溫桶內(nèi)取用等。
該處主材腹板分別13mm、14mm 厚，翼板分別24mm、30mm厚，無拘束度常溫下該結(jié)構(gòu)腹板間角焊道不需進(jìn)行預(yù)熱和焊后緩冷。《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（TB10212）17.2.6、17.4.4規(guī)定：焊接環(huán)境溫度，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼不應(yīng)低于5℃。該工程冬季裂紋發(fā)生時(shí)日當(dāng)?shù)貧庀蟛块T氣溫?cái)?shù)據(jù)溫度為（-7~-19℃），焊接過程中遭遇嚴(yán)寒的影響而未采取有效的防護(hù)措施（焊補(bǔ)強(qiáng)板側(cè)時(shí)未預(yù)熱），也無焊后良好保溫消除應(yīng)力熱處理措施，焊縫金屬冷卻速度很快，對焊縫周圍產(chǎn)生張力, 同時(shí)焊縫中也容易出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織。對于Q345來說低碳合金元素含量比低碳鋼多，材料淬硬傾向和出現(xiàn)裂紋的傾向大。當(dāng)殘余應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)變形量超過材料的極限時(shí)產(chǎn)生裂紋，這是裂紋產(chǎn)生的主因。
低溫露天施焊環(huán)境濕度大，施焊前現(xiàn)場對焊條未采取嚴(yán)格的烘干、保溫和領(lǐng)用措施，焊條藥皮中的水分較高；造成焊縫金屬中氫的聚集，也是冷裂紋產(chǎn)生的一個(gè)潛在因素。
2.3 、構(gòu)造剛性約束大，施工時(shí)，荷載分布不盡合理
該結(jié)構(gòu)次梁安裝中端部已受剛性約束，在梁焊接時(shí)罐體已吊裝，罐體的荷載（殼體30余噸）通過臨時(shí)支撐被傳遞到平臺梁上，臨時(shí)支撐位置不合理，以罐體中心為重心，重心向A軸側(cè)只有一個(gè)支撐立于該次梁上，此次梁承受相對較大荷載，而此荷載又全部通過次梁的焊接接頭傳到框架梁腹板上，增加了腹板處的內(nèi)應(yīng)力，直接導(dǎo)致焊縫區(qū)殘余應(yīng)力增大。
原則上在有荷載情況下應(yīng)該卸載后施焊，施工沒有充分重視焊接時(shí)荷載的因素，造成主梁腹板焊縫區(qū)拘束應(yīng)力過大，這也增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。
通過以上分析可以看出，由于各種措施不得當(dāng)，使得焊縫中形成淬硬組織；同時(shí)封閉的剛性約束加上焊接時(shí)荷載較大，造成焊接接頭部位很大的拘束應(yīng)力，在這些因素的共同作用下，產(chǎn)生了焊接冷裂紋。
3 、防范改善措施
接工藝支持要求后，針對裂紋返修制定如下返修工藝方案：
3.1 、先卸除荷載缺陷處荷載，盡量增加焊縫收縮的自由度。
3.2 、選經(jīng)驗(yàn)豐富的有資質(zhì)證焊工和氣刨施工補(bǔ)修人員。
3.3 、選低氫型焊條材料：E5015或E5016 φ3.2mm（350℃烘焙1h）。ER50-6氣體保護(hù)焊絲，規(guī)格：φ1.2mm，使用富氬混合氣或含水符合GB50205要求的純CO2。嚴(yán)格烘干和保溫措施。
3.4 、采用PT/超聲波探傷對缺陷定位, 焊縫缺陷可見范圍兩端各+50mm。 焊縫缺陷的剔除用碳弧氣刨加砂輪打磨干凈滲碳層。補(bǔ)修焊工參與缺陷的剔除工作，確保剔除部位正確，嚴(yán)禁在返修區(qū)域或母材上造成新的缺陷；
3.5 、焊接前，對焊縫兩側(cè)75~100mm寬周圍區(qū)域用氧-乙炔火焰加熱到120℃（考慮T型接頭實(shí)際熱傳導(dǎo)情況和環(huán)境溫度低于0℃），用溫度器在距焊縫100mm處測量，為防止大風(fēng)帶來的不利影響應(yīng)搭設(shè)臨時(shí)防風(fēng)棚。
3.6 、焊道周圍20mm范圍內(nèi)的銹、水、油污等雜質(zhì)的清理要徹底，在次梁側(cè)用8mm碳棒刨輕刨并打磨干凈滲碳層, 深度控制8mm左右，用手工電弧焊施焊，也可用氣體保護(hù)焊。為防止裂縫出現(xiàn)在敏感的第一道焊縫和焊根，適當(dāng)加大電流，減慢焊速。焊完一遍后, 徹底清理焊道。盡量采用多層多道焊或分段間隔焊跳焊以減少焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，一面完成后，在腹板另一側(cè)清根徹底后補(bǔ)焊，要求連續(xù)施工，中途停工需在施工前檢查焊道質(zhì)量并重新預(yù)熱，焊縫不得有弧坑、夾渣、裂紋、咬邊以防止形成應(yīng)力集中。
3.7 、焊后熱處理，防止焊接區(qū)域迅速冷卻而產(chǎn)生裂紋，在焊縫兩側(cè)100mm 寬，后熱至200℃，消氫和消除應(yīng)力1h, 后用石棉等保溫緩冷。
