石文龙卢车英
摘要：根据焊接裂纹分类及其产生机理，三峡工程压力钢管高强钢焊接产生的裂纹，多为焊接延迟裂纹或焊接热裂纹。在分析产生裂缝原因的基础上，提出了防止焊接裂纹产生的措施。
关键词：焊接裂纹；压力钢管；高强钢焊接；施工措施
1概述
三峡水利枢纽左岸布置14条压力管道，右岸布置10条压力管道，直径12.4m，最大设计内水压力1.4MPa。钢管由上至下分为：上斜平段、上弯段、斜直段、下弯段、下平段及厂内段，每条管道轴线总长122.677m。其中上斜平段至斜直段钢管材质为50kgf/mm2低合金钢，采用武钢及宝钢生产的16MnR钢；下弯段至厂内段钢管材质为60kkgf/mm2高强度调质钢，采用日本牛产的610U2,及610F钢。因钢管直径大、轴线长，钢管焊缝焊接量大，每条钢管焊缝总长度约为3144.1m，其中高强钢焊缝约为1098.7m。高强度凋质钢的焊接质量要求高，下平段及厂内段焊缝均为一类焊缝。要求焊接时必须采用多层多道焊，严格控制线能量。
2焊接裂纹分析
焊接过程中可能产生气孔、夹渣、未熔合及焊接裂纹等缺陷。对于结构用钢来说，除了焊接裂纹以外的其它缺陷，如气孔、夹渣、未熔等，往往可以通过改进操作方式而避免，焊接裂纹则需要通过正确地选择材料和工艺措施才能避免。
2.1焊接裂纹类型
根据焊接裂纹形成的不同机理，可把焊接裂纹分为以下四种：①焊接延迟裂纹；②结构钢的焊接热裂纹；③结构钢的再热裂纹；④层状撕裂。
2.2三峡工程焊接裂纹类型的确定
三峡压力钢管的焊接，特别是工地环缝的焊接，因钢管槽内相对湿度大，昼夜温差大，所以焊缝的施焊工艺要求高。①δ=60mm（60kgf/mm2)焊缝的焊接必须保证预热500℃～80℃，层温不低于预热温度，且不超过230℃，焊后立即进行消氢处理，且焊缝外观及内部质量合格后进行爆破消应；②δ=34mm(60)kfg/mm2)焊缝，当环境温度大于20℃，水蒸气分压小于25mmHg柱时，不要求预热，亦不要求后热及消应。因此，基于焊缝的焊接要求，压力钢管的焊接基本不可能出现第三种裂纹。因环缝为对接“X”型坡口，因而也不可能出现第四种裂纹。所以工地环缝如果出现裂纹，基本多为焊接延迟裂纹或焊接热裂纹。焊接延迟裂纹的基本特征是它往往在焊接完成并且当焊件冷却到200℃～150℃以下温度时发生，有时甚至可以在接头焊完并放置数小时甚至几十小时以后出现，即这种裂纹的形成有明显的延迟性。延迟裂纹除了发生在焊缝内部以外，更经常会出现在焊道层下、焊趾和焊根等部位的热影响区。焊接热裂纹基本发生在焊缝内部，它往往是沿焊缝长度方向延伸。这种裂纹有时也发生在焊缝终端的弧坑部分呈龟裂状。焊接热裂纹是在焊缝的结晶过程中生成的。
3焊接裂纹产生原因
形成焊接裂纹的原因是多方面的，但可以归纳为力学因素和冶金因素两方面。
3.1力学因素
导致裂纹产生的力学因素主要为拘束应力。压力钢管焊接时采用多层多道焊，焊接第一层焊缝时，由于焊缝截面远小于构件的截面，因此拘束应力和拘束变形将集中在截面比母材小很多并且变形相对容易的焊接区内，造成第一道焊缝的焊接区是最容易出现裂纹的区域。拘束度越大，焊接区域承受的拘束应力和应变越大，造成焊接裂纹的危险性也越大。焊缝在压缝完成后，特别工地环缝不可避免地会产生拘束度偏大，从而致使点焊区域承受的拘束应力和应变偏大。焊接时，由于焊接区域的温度升高，点焊区域拘束应力得以释放，易造成裂纹的产生。有时钢管丁字接头部位容易产生裂纹就是因应力过分集中造成。
3.2冶金因素
3.2.1冶炼杂质对高温脆性区的影响
钢中的杂质元素如C、S、P、B会明显地扩大高温脆性区的温度范围。60kgf/mm2钢种是一种含C、S、P量很低的Cr-Mo-V系合金钢。Mn含量较高，约为1.20％～1.60％，可以减小高温脆性区，因而60kgf/mm2钢是一种可以减小高温脆性区的钢种。
3.2.2钢的淬硬致脆倾向
60kgf/mm2钢种碳当量Ceq=0.35％，裂纹敏感系数Pcm=0.185％，钢的淬硬致脆倾向不明显，是一种焊接性及抗裂性良好的钢种。
3.2.3钢中氢的致脆
氢是焊接冶金过程残留在钢中的气体杂质。由于钢中残留的氢使钢的塑性恶化而形成氢脆。
3.2.4焊接粗晶区晶界的弱化
由于合金结晶过程的选择作用和相临晶粒间的相位不同，使得晶界总是含有比晶粒内部多得多的杂质和缺陷：而且由于晶界很薄，因而晶界的变形能力总是远低于晶粒本身的变形能力。在正常受力下，晶粒本身承担厂主要的塑性变形，保证了合金的塑性和强度。但NKHITEN610U2钢种因含有Cr、Mo、V等成分，Cr、Mo、V元素属于强碳化物及强氮化物形成元素，它们将会使晶界弱化或相对弱化。经计算，经验公式Psr=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V-2，Psr