安文惠

（中石化机械工程公司第四机械厂 湖北 荆州 434024）

引言

滚筒体是修井机提升系统的重要受力部件，我厂修井机在整机穿大绳时，发现滚筒体绳槽板槽边和槽板焊接处有两道长分别为540mm和420mm的裂纹。随后对所有同批次车载修井机滚筒体进行检查，发现六台滚筒体绳槽板存在同样位置的不同程度的裂纹问题。现场发现裂纹后，我们对裂纹位置进行了测量。开裂位置距离槽边大概50mm，查图纸后发现这个位置是焊缝位置，排除了母材开裂的可能性，确定裂缝为焊缝位置。

1 发现问题

经对开裂部位进行了深度打磨，发现其局部有整条金属可以揭下，且揭下来的金属背面有鱼鳞状波纹，局部有条状夹渣，进一步确定了开裂部位是焊缝。开裂部位磨开后，裂缝处有锈，说明此裂缝很早就已经存在。

2 失效分析

（1）材料分析

图纸筒体材料ZG270-500，槽边35#，取样进行材料成分分析，ZG270-500成分分析结果符合GB/T 7659-2010《焊接结构用铸钢件》要求，35#符合国标GB699-2015《优质碳素结构钢》国家标准要求。因此原材料化学成分合格，与此次焊缝开裂没有直接关系。

（2）焊接工艺评定

滚筒体焊接采用的是龙门自动焊接设备，采用MAG实心焊丝气体保护自动焊，焊丝选用直径1.2mm的CHW-50C6，保护气体为20%CO2+80%Ar,焊前预热100℃，焊接工艺评定选用的是60°V型坡口，焊接工艺评定按ASME IX执行。电流范围164-314A，电压范围：21-35V,焊接速度：≥8.2cm/min,热输入：≤36J，两个拉伸试样抗拉强度分别为525MPa,535MPa,高于母材最低抗拉强度500MPa的要求,力学性能合格。四个侧弯试样合格。焊接工艺按ASME IX评定合格,和焊缝开裂没有直接关系。

a) 接头设计,槽板设计坡口为50°单边V型坡口（见图一），坡口不对称，直边不容易熔透，焊接时采用自动焊，坡口形式不利于焊枪对正焊缝。需要人工每道焊缝调整焊枪角度。ASME IX标准中坡口形状是非重要变素，60°V型坡口焊接工艺评定可以用于50°单边V型坡口，但是现场操作与评定细节有一定的差异。如果操作不恰当，有可能造成未熔合。

图1

b) 实际操作观察实际焊接过程，焊接采用自动焊，焊缝是单边V型50度不对称坡口，需要每层调整焊枪角度，但是焊工从打底到盖面，没有调整过焊丝角度，打底层的焊枪角度不适用于盖面层，焊缝金属只是从侧面流淌到前道焊缝上面，和前道焊缝没有完全熔合。

（3）开裂原因

裂纹是现场操作不当造成的焊缝未熔合、夹渣。原因如下：

a)焊前预处理不到位，没有清理坡口两侧的污物、氧化皮；焊接坡口油污、残留机加工冷却液、氧化皮污染焊缝金属，使焊缝形成夹渣。

b)预热过程控制不到位，没有进行层间处理。

c)不对称坡口焊缝需要在焊接过程中调整焊枪角度，焊枪角度不合适容易造成焊偏，钢水从侧面流到底部，形成未熔合、分层。

d)滚筒体焊接完冷却至室温后24小时就对焊缝表面进行目检及磁粉探伤，但是焊缝表面盖面层会在随后的机加工工序被车掉。焊缝表层被车掉，焊缝内部层间未熔合缺陷才暴露出来，以前的产品精加工后焊缝部位没有再进行表面磁粉探伤，未能及时发现焊缝层间未熔合缺陷。导致产品质量问题流入到最后工序。

3 改善措施

(1)单边V型坡口是非对称坡口，不利于自动焊接，更改为V型60度坡口后产品焊接质量更稳定。

(2)增加焊前清理及预热过程监控。

(3)焊缝磁粉探伤工序放到产品精加工之后。

4 结论

产品因现场焊接操作失误，造成焊缝层间未熔合，通过优化设计，调整工序，加强过程控制后，产品再没有出现过开裂现象。