焊接中接頭裂紋的形成與預(yù)防

□郭淑梅 李 超

焊接是一項非常復(fù)雜的工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了重要的作用。但是，焊接工藝比較復(fù)雜，對焊接人員的要求也比較高。由于各方面原因，在焊接過程中，可能會出現(xiàn)接頭裂紋的現(xiàn)象，從而對焊接性能造成一定的影響。本文簡要描述了焊接過程中接頭裂紋及其特征，進(jìn)而論述焊接中出現(xiàn)接頭裂紋的過程，從而提出了預(yù)防焊接過程中接頭裂紋形成的措施，能夠進(jìn)一步促進(jìn)焊接工藝的發(fā)展。

一、焊接中接頭裂紋的特征

在焊接過程中，接頭裂紋的產(chǎn)生是比較常見的現(xiàn)象，也是影響焊接性能的重要原因。接頭裂紋的產(chǎn)生有很多原因，其產(chǎn)生的裂紋特征也不盡相同。根據(jù)產(chǎn)生部位不同，焊接中接頭裂紋可以分為以下兩種:第一，焊接金屬中的裂紋，主要分為橫向和縱向裂紋，還有其他的顯微裂紋等等，顯微裂紋在多層焊接時更容易出現(xiàn);第二，熱影響區(qū)的裂紋，主要包括顯微熱裂紋、層狀裂紋等等，同時還可以根據(jù)裂紋產(chǎn)生的溫度條件不同，主要分為熱裂紋和冷裂紋。

二、焊接中接頭裂紋的形成過程

焊接過程涉及到一些物理和化學(xué)等方面的知識，是一項非常復(fù)雜的工藝，與焊接物及周邊的環(huán)境密切相關(guān)。焊接過程中接頭裂紋的形成主要分為以下幾個階段:

(一)第一個階段:液固階段。根據(jù)焊接中裂紋產(chǎn)生的相關(guān)機(jī)理可以知道，焊接過程中，焊接物逐漸從高溫冷卻至低溫，在高溫冷卻時，晶核的數(shù)量還比較少;在逐漸冷卻的過程中，晶核的體積在逐漸變大，同時數(shù)量也會進(jìn)一步增多;但是在高溫冷卻的過程中，液相還是占據(jù)著比較大的比例，因此晶粒之間有液體進(jìn)行填充，晶粒之間可以自由流動，不會發(fā)生阻塞的現(xiàn)象。如果遇到外力進(jìn)行拉伸，裂縫區(qū)也會立即被液體金屬填滿，因此在該階段產(chǎn)生裂縫的概率比較小。

(二)第二階段:固液階段。在第一階段的基礎(chǔ)上，隨著溫度的進(jìn)一步降低，焊接熔池中的固體顆粒在不斷增多，而且晶核的體積也在不斷長大，這時，液體的體積逐漸減小，固體在焊接熔池中開始占據(jù)比較大的比例。這時，晶體之間沒有足夠的液體維持，相互摩擦碰撞，進(jìn)而逐漸疊加在一起，從而影響焊接熔池中物質(zhì)的流動性。在這一情況下，如果遇到外來的作用力，有較高的概率會產(chǎn)生裂紋。

(三)第三階段:完全凝固階段。在第二階段的基礎(chǔ)上，隨著溫度的不斷降低，晶體產(chǎn)生的數(shù)量越來越多，其體積也在逐漸飽和;在焊接熔池中，幾乎不存在液體的物質(zhì)，絕大部分都是固體的晶體，熔池中的物質(zhì)幾乎沒有流動狀態(tài)。在這一階段，如果焊接接頭受到外力的影響，能夠具有一定的強(qiáng)度和韌性，因此產(chǎn)生裂縫的幾率也比較小。

三、焊接中接頭裂紋的預(yù)防措施

通過以上的分析和論述可知，焊接過程中接頭裂紋的產(chǎn)生需要經(jīng)過一個熱冷卻的過程。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)接頭裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行改進(jìn)，從而降低接頭裂紋的產(chǎn)生概率。為此，可以做到以下幾個方面:

(一)在金屬中添加變質(zhì)劑。防止焊接過程中接頭裂紋的產(chǎn)生，從冶金因素方面，主要是在金屬中添加變質(zhì)劑，能夠提高接頭焊接處的抗裂能力。因此將一些合金元素加入到金屬中，能夠使得接頭裂紋產(chǎn)生“愈合”的效果。經(jīng)過對比試驗可知，在焊接金屬中加入Ti和B能夠有效地提高金屬的抗裂性能，同時能夠產(chǎn)生細(xì)化顆粒的作用，從而進(jìn)一步減小接頭裂紋產(chǎn)生的概率。

(二)嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范。焊接規(guī)范是經(jīng)過多次試驗后提出的，是眾多焊接員工親身經(jīng)歷的成果。因此，其中很多規(guī)范能夠有效地預(yù)防焊接接頭中裂紋的產(chǎn)生。在進(jìn)行焊接的過程中，必須要嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范，為此可以做到以下幾點(diǎn):第一，焊接人員需要不斷熟悉焊接規(guī)范，并在進(jìn)行焊接的過程中嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范;第二，對于焊接的新員工進(jìn)行一定的培訓(xùn)，使之能夠盡快熟悉焊接規(guī)范，在進(jìn)行焊接規(guī)范講解的過程中，需要對規(guī)范的作用和原因也進(jìn)行一定的解釋。

(三)對接頭進(jìn)行預(yù)熱。在進(jìn)行焊接之前，可以先對焊接試件進(jìn)行預(yù)熱，其作用主要是影響液體和固體的組織狀態(tài)，使得焊接試件在焊接受熱時的膨脹量相對減小，如此一來，就可以使試件所承受的焊接應(yīng)力有效地降低，當(dāng)焊接試件在脆性溫度區(qū)間內(nèi)所受到的應(yīng)力減小時，就能夠有效地預(yù)防焊接過程中因溫度的急劇變化而使焊接試件受力過大產(chǎn)生裂紋。通過預(yù)熱來防止接頭裂紋，是最簡單最易操作的一種方法。

(四)選取適當(dāng)?shù)慕宇^形式。選用適當(dāng)?shù)暮附咏宇^形式，能夠避免因接頭不合適而使得焊接試件在進(jìn)行焊接之前就存在較大的縫隙。通常來說，比較適用于焊接的接頭有開坡口以及留有縫隙較小的對接焊。運(yùn)用這些接頭形式，能夠有效減少因接口處縫隙較大，再加之受熱產(chǎn)生應(yīng)力而進(jìn)一步增加縫隙，也就能夠有效地防止焊接裂紋的出現(xiàn)。另外，對于焊接試件接頭錯誤的定位，也有可能導(dǎo)致接頭裂紋的產(chǎn)生，因此在焊接過程中，必須要對這幾個方面多加注意，避免因接頭形式不當(dāng)而產(chǎn)生焊接裂紋。

(五)合理安排焊接順序。在進(jìn)行焊接時，為了防止接頭裂紋的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行焊接施工之前，設(shè)計合理的焊接順序。焊接順序的設(shè)計需要遵循一定的原則，主要是為了避免焊道在承受較大剛度條件下進(jìn)行焊接。比如，圓柱形的焊接試件在進(jìn)行焊機(jī)時，通常情況下都是先對其縱向焊道進(jìn)行焊接，然后才進(jìn)行環(huán)形焊道的焊接，這種焊接順序能夠使焊接的過程更為簡單，還能夠減少在焊接過程中，焊道承受過大的橫向收縮應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。對于有經(jīng)驗的焊接技術(shù)人員來說，能夠通過對焊接順序的科學(xué)性設(shè)計，在縮短焊接時間的同時，防止接頭裂紋的形成，既能保證焊接的效率，又能夠保證焊接的質(zhì)量。

(六)電流電壓與焊接速度。在焊接過程中，如果電壓電流過大，就會導(dǎo)致焊接試件內(nèi)部組織在凝固的過程中產(chǎn)生極大的不平衡性，使得組織狀態(tài)受到嚴(yán)重影響，并且試件在凝固過程中，應(yīng)變的增長速度過大，將會導(dǎo)致試件受應(yīng)力過強(qiáng)，而使得試件在焊接過程中產(chǎn)生裂紋。另外，焊接速度過快，將會導(dǎo)致熔池過熱，使焊接試件的抗裂性被破壞，從而產(chǎn)生較為明顯的裂紋。為了避免因電流電壓過高而產(chǎn)生的裂紋，可以通過調(diào)整電流電壓，使其處于適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，既能夠保證在焊接過程中足夠的滲透程度，又能避免因應(yīng)變增長速度過快而產(chǎn)生的裂紋。當(dāng)電流電壓值不能調(diào)節(jié)時，可以通過控制焊接開槽的角度、間隙等，以此控制裂紋的產(chǎn)生。為了避免因焊接速度過快而產(chǎn)生裂紋，可以適當(dāng)?shù)亟档秃附訒r移行的速度，從而避免產(chǎn)生熔池過熱的情況，保持焊接試件的抗裂性，減少甚至完全避免焊接過程中產(chǎn)生接頭裂紋。

四、結(jié)語

焊接是我國工業(yè)中一項重要的工藝，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中發(fā)揮著極為重要的作用。而焊接接頭裂紋的產(chǎn)生，是導(dǎo)致大量焊接產(chǎn)品不合格的重要原因。由于在焊接的不同階段，其產(chǎn)生裂紋的原因不同，并且影響裂紋產(chǎn)生的因素有多種，因此，預(yù)防焊接接頭裂紋的方式也不盡相同，針對焊接過程中的具體情況，采取添加變質(zhì)劑、規(guī)范操作、預(yù)熱、采用合理接頭形式、焊接順序以及恰當(dāng)?shù)碾娏麟妷号c焊接速度，就能夠有效預(yù)防接頭裂紋的產(chǎn)生，從而焊接出合格的產(chǎn)品。

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