大庆市红岗区采油四厂四矿维修队 黑龙江大庆 163511
摘要：广东珠江四级水电站压力钢管运用WDB650高强度钢设计，钢材厚度在20-65mm范围内。本文对本项目钢管焊接初期出现的裂纹进行探讨，在研究其成因的前提下，总结出一些预防焊接裂纹的具体策略，且在实践应用中取得了不错的成效。
关键词：高强钢；钢管焊接；裂纹
引言
广东珠江四级水电站压力钢管的径长是5.4m，材质是WDB650，厚度范围是20-65mm，设置内水压max是4.25MP，一些主管与分管钢管材质都是55kgf/mm2的高强控轧或调质钢WDB650，总重量超过2300吨。钢管设计方案以隧洞式埋管为主。此项目的地理位置在粤南一带，属于亚热带雨林气候，钢管配置多属露天设计，周边环境相对恶劣。在高强钢钢管焊接早期出现裂纹的概率较高。在地方水利专家的检测与指导下，及时实施有效地防范策略，确保焊接质量得到有效地保障。对此在后期水压试验中，发现焊缝并没有出现任何裂纹等问题。
一、钢管焊接裂纹的具体现状
①埋弧自动焊接钢钢管纵缝首道焊缝之后，待冷却一段时间后会发生裂纹缺陷。②焊接探伤正常，因为焊接弯曲实施机械矫正后，通过超声波检测发现了一些细微裂缝，气刨到缺陷深度出现微小裂缝（多见于厚板中）。③在焊接厚度是65m的高强钢钢管之后，通过正常探伤检测发现一些异常裂缝问题[1]。
二、焊接裂纹的成因探究
（一）原料冶金因素
钢材中含有一些杂质元素，例如碳元素、硫元素、硼元素等，会导致钢材的高温脆性加强。WDB650钢种属于一类含碳量极少的合金钢材。所以，其高温脆性较弱，再加上钢材的淬硬致脆无倾向，属于一类抗裂性较强的钢材，这表示钢板原料冶金因素并无异常。
（二）焊接工艺因素
①钢管纵缝埋弧焊接时裂缝。在打底的第一道或前几道进行焊接时，往往也会发生开裂问题，其会顺着纵向开裂，裂缝位置在焊缝中心点上，焊接后能够即可出现裂缝，严重的话会贯穿整个纵向面。通常钢板厚度愈大，裂缝出现的时间愈早。按照裂缝形成的特点来看，其可称为结晶热裂缝[2]。
钢管纵缝埋弧焊焊接在操作的过程中，钢管钢板的厚度愈大，自重愈大，那么焊接的约束力愈大。在具体操作过程中，由于焊接部位的温度提升，点焊部位约束应力得到释放，极易引起裂缝的出现，同时裂纹一般发生在打底的第一道或开始数道焊纹也能够给予合理地解释，在焊接刚开始的数道焊纹中，因为其截面小于构件截面，所以，约束应力与约束变形会聚集在截面比母材小且变形极易的焊接区域内，这也是引起第一道焊缝的焊接部位发生裂缝的主要原因。
②焊接变形机械矫正后发生裂缝。在焊接探伤不存在异常问题的情况下，因为焊接变形实施机械矫正后探伤检测发现一些微小的裂缝问题，其深度一般能够延伸至清根层，气刨到缺陷深度即可发生微小的裂缝。按照具体制作要求来看，很多水利专家指出：在碳弧气刨清根前后出现裂缝，通常在超声波复检过程中是无异常的，如果在受力的情况下裂缝一般会延展。
（三）焊接后实施正常探伤检测出现裂缝
在焊接早期，个别位置会出现裂缝（钢板厚度超过65mm）。探究其原因：①周围环境恶劣，空气湿度大；②裂缝位置集中在厚钢管中，焊接过程中预热温度、层间温度等设置并未遵循工艺标准规定；③按照一些工程具体情况及施工期间焊接工艺评价要求来看，WDB650钢材厚度不一，钢厂在确保抗拉伸力≥650Mpa的情况下，则对强度上线无规定，当进行焊接工艺评测时，钢板真正抗拉伸力一般会超过860Mpa；④现场焊接焊道的宽度超标；⑤后热处置不合理[3]。
三、焊接裂缝的预防策略
通过以上出现裂缝的原因分析来看，若要避免裂缝的出现，一定要注意焊材的选择及焊接工艺这两大问题。
（一）焊材的选择
在施工早期实施工艺评价确定焊材的过程中，一般通过手工电弧焊、埋弧焊等进行评价。待其达标后，选择两种高强钢焊条与一类焊丝：南京金桥焊材厂研制的J508RH、四川自贡大西洋焊条厂设计的CHE56CFLH焊条。针对这两种焊条而言，都属于超低氢性质，扩散氢含量非常少。因为这些焊条在实施高强钢焊接工艺评测的过程中，结果是达标的。所以，焊缝的化学组成大致和母材相同，焊纹的机械性能≥母材，热辐射区的维氏硬度≤300，由此来看，焊材和母材是互相配置的[4]。
（二）施工工艺
若要预防焊接裂缝的出现，那么一定要重视焊接工艺的合理性和规范性，确保严格遵循具体的操作流程。①降低焊缝重力的约束性，在钢管两边给予适当的支撑。②焊前用火焰对焊缝实施加热，确保钢板干燥，针对厚度≥54mm的钢板，焊前一定要实施温度约65-95℃的预热处理。③第一道焊接需要限制焊接电流，一般要尽量选择分道焊接方式。
针对焊接变形机械矫正后发生的裂缝问题，裂纹的深度通常延至清根层，通过专家的研究发现，这是碳弧气刨清根前后出现的裂缝，通过超声探伤无异常，如果受力则会导致裂缝拖延。在接下来的施工中，清根后以磁粉表面进行探伤检测，保证清根后不会出现裂缝问题。具体来说，在制作期间，需要对钢管制作过程进行严密监控，确保按引水压力钢管制作要求进行设计，避免出现偏心管节问题，预防焊接变形现象的发生。
另外，在焊接后实施正常探伤检测出现裂缝问题。在解决的过程中，需要注意五方面的内容。①明确高强钢焊条烘烤及使用制度，对裂缝周围及两边35mm范围内的铁锈、污垢等杂质进行全面清理。②由于工地水电站位于粤南部，属于亚热带雨林气候，夏季雨水多、温度高，在焊接的过程中，需要在第一道焊接的过程中需要实施预热处理，其温度设置约85℃。③针对高强钢的焊接问题来说，若其厚度≥52mm，需要尽可能地确保焊前预热55℃，一定要确保层温≥预热温度，且≤220℃[5]。特别是对于现场安装高强钢环峰而言，一定要确保预热温度在55℃-95℃范围内。④焊接期间务必要严格遵循多层多道、窄道短弧原则进行焊接处理。⑤针对厚度≥52mm的强钢焊缝焊接而言，一定要实施焊后消氢处理，在进行加热的过程中，其温度需要控制在155℃-205℃之间，且需要连续保温1h。
四、结束语
通过以上内容的研究，我们能够在具体工程实践过程中总结出以下结论：首先，需要加强钢管制作质量，尽可能地降低焊纹的约束性与应力集中性；其次，在制定焊接工艺的过程中一定要与现场实际情况相融合；最后，若要确保高强钢焊缝不出现焊纹问题，确保焊接重量达标，那么一定要严格遵循焊接施工流程和工艺规定。
参考文献：
[1]石太龙，卢车英.三峡电站压力钢管高强钢焊接裂纹浅析[J].中国三峡建设，2001（11）：16-17.
[2]朱锴年，耿拥华，赵明.三峡引水压力钢管高强钢的焊接及质量控制[J].焊接技术，2006（03）：64-66.
[3]彭常飞.压力管道对焊焊接接头安定性分析[D].武汉工程大学，2013.
[4]马耀芳，王富林，陈怀宁，谭胜禹.爆炸法消除焊接残余应力工艺在三峡引水压力钢管上的应用[J].华电技术，2000（5）：8-12.
[5]林日东，万虎，胡存银.三峡引水压力钢管焊接热过程数值模拟[J].电力建设，2001（04）：62-65.