焊接、鉚接時產生的缺陷引起的損壞事故

摘 要：文章討論了焊接及鉚接時產生的缺陷所引起的損壞事故的若干種情形，分析其原因，并指出了預防的對策。希望通過文章的分析，能夠為相關人士提供參考。

關鍵詞：焊接；鉚接；應力；熱影響區

在焊接作業中，常常產生一些缺陷。諸如焊芯和焊劑會導致缺陷，還有其他的很多因素，比如：焊縫邊緣被污染，預熱太輕微，熔透不充分，焊嘴送進不良，構件配置不適當，熱影響區被硬化，也都會導致缺陷的出現。此外，鋼中的碳燃燒后產生的一氧化碳氣的氣孔，焊條的涂層產生的氫氣氣孔，也形成缺陷。在焊接易氧化合金元素的鋼時，由于過熱和過燒，容易形成氧化物系夾雜物。此外，在焊縫的斷裂面上看到的氫稱為白點，對于容易淬火的鋼來說，在周圍飛散的焊接火花作用下，就可能淬上火，從而成為損壞事故的原因。

1 連接缺陷，焊縫根部缺陷和熔透缺口

某拉桿發生了斷裂，原先是鍛件軋支鋼棒相互焊接在一起的。研究后查明是由于過少造成焊接區不致密，在斷裂面上，有藍色的回火痕跡，顯示了藍脆性特征。觀察金相組織，為焊縫附近的組織為過熱組織，并混有一些氧化物。

另一個缺陷的事例是某焊接的高壓管道發生斷裂，利用X射線透射，發現焊接根部有缺陷，金相檢查顯示，以此焊接根部為起點發生了裂紋。對根部的連接缺陷進行深度腐蝕，查明是氧化物系熔渣。

某換氣裝置的葉輪在承受交變載荷時，受尖銳熔透缺口的影響，發生了破壞。在葉輪上側正面薄板部的凸緣上，發生了許多初期裂紋，裂紋是以葉輪葉片入口側邊緣的焊縫為起點，向內側發生的。對初期裂紋進行了強制破壞，結果裂紋顯示出和疲勞裂紋相同的斷裂面。金相檢查的結果表明，此裂紋是以熔透缺口部為起點而發生的。

2 焊接裂紋

焊接裂紋是許多損壞事故的原因。特別是在氣焊薄鋼板和薄壁管時，在焊縫附近會出現這種裂紋。從形式上來分類，這種裂紋屬于晶界裂紋，它往往發生在1200度的鋼的固相線稍下的溫度，含硫量高的鋼特別容易發生這種裂紋。

某自行車架子是用無縫鋼管焊接的。在焊接以后，對許多架子進行了磁粉探傷檢查。根據檢查結果，可以肯定有的管子的接頭附近有裂紋。通過金相分析，裂紋中混有由氧化物構成的埋入物，裂紋的表面有氧化和脫碳，這是典型的熱裂紋。

另一個焊接裂紋的事例發生在壁厚3.5，直徑70的管接頭上。焊接是在水平位置進行的。這時，將相向側面的兩處進行定位焊以后，從此定位部中間的下側位置起焊接管子的半周，然后，與之對稱地再從下向上焊接管子的剩下的半周。最后，焊接始點和中點，也就是在圓周的上下兩處，每半圈的焊道的端部稍有重疊。X射線透射檢查時，通常在最初留下的焊道一側的最后焊口弧坑附近。金相分析，裂紋區是細晶粒的鐵素體組織，而稍微離開接縫的地方，由于焊接時的過熱，出現粗晶粒的魏氏組織。管材具有明顯的條狀組織，這種組織在焊縫附近消失了，變成了裂紋區域中的伸長的硫化物系夾雜物。其一部分固溶，再冷卻時，再次析出在奧氏體晶界。裂紋就發生在這種有物質析出而弱化了的晶界處。

3 熱影響區硬化和焊接裂紋的敏感性

焊接裂紋敏感性的性質，經常出現在電弧焊焊厚斷面的構件時。這種損壞事故的特征是以焊接金屬的硬化或焊縫附近的熱影響區的硬化為起因。在這些區域內，在焊接區冷卻時很快產生細的晶內裂紋，或者，在以后的工作載荷作用下產生細的晶內裂紋。根據這樣的情況，可以說：易淬火硬化的鋼，具有焊接裂紋敏感性。某錳合金鋼，機械強度較高，但是在焊接厚壁構件時，由于其焊接裂紋敏感性的原因，焊接是很不容易達到高質量的。通常，為了適應壁厚而緩慢冷卻焊接接頭，煙焊接邊緣的表面區，都應完全地預熱到100度到300度之間。

4 熱處理引起的缺陷

焊接后進行回火或軟化退火，會消除或減少應力。但是，如果加熱溫度在500到700度的范圍內，作為焊接厚壁壓力容器材料而使用的釩合金鋼，則在軟化退火后析出微細分布的炭化物或碳的硫化物。其結果是焊接接頭變脆。因此，在使用這些鋼焊接的壓力容器，應該在500度以下的溫度進行熱處理以消除應力。

熱處理時，造成表面脫碳也是一種事故。由于表面層脫碳，表面層的硬度，耐磨性，脆硬性，尤其是扭轉疲勞強度和彎曲疲勞強度明顯下降，塑性值卻不會降低。在淬火時，脫碳層內，相變提前發生，內應力生成，導致變形或裂紋。比如，屬于奧氏體系列的錳鋼，其工具和結構鋼表面脫碳后，因為局部馬氏體的生成，導致產生組織應力而變脆。隨之往往發生開裂破壞。

脫碳引起破壞的事例如下：某汽車板簧經過調質，抗拉強度是1270兆帕，使用中發生了損壞。損壞是在斷面小的地方，形成了許多疲勞裂紋，大部分疲勞裂紋從板簧上側開始產生，金相組織觀察，板簧心部是很好的細針裝組織，沒有鐵素體，但是板簧表面有明顯脫碳。再沒有別的缺陷。由于斷面很小，所以盡管是在負荷不高的情況下，也導致了板簧的損壞。

某汽車用經滲碳淬火的錐齒輪，行駛不到一千公里就顯著磨損。在齒輪圓錐部的端面發生破壞，而且，磨損全部發生在一邊。金相組織觀察，磨損處含碳量嚴重不足，是滲碳環節出現了問題，導致熱處理淬火后硬度不達標，因此，滲碳不足與脫碳是非常相近的兩種情況，都會降低硬度，降低耐磨性，從而縮短零件的壽命。

5 釬焊缺陷

承受拉應力——外力引起的應力或內應力——的鋼，如果與固溶于鐵的銅，錫，鋅等金屬溶液接觸，則會由于金屬侵入鋼的晶界而產生裂紋。這被成為釬焊裂紋或釬焊脆性。某自行車的車梁，在進行硬釬焊之前，進行了冷彎和冷成型，因此，內部產生了拉伸內應力，因此，用來制造車梁的管子在硬釬焊之前，應進行消除應力退火。

6 鉚接缺陷

某輸送煤氣的葉輪的外側園盤，其鉚孔發生了裂紋。用磁粉探傷檢查，裂紋沿徑向擴展。換言之，是在垂直于主應力的方向擴展，觀察金相組織發現，鉚釘孔的周圍由于被加熱而發生了組織的變化，在組織變化的領域內看到了裂紋，但是，裂紋沒有向這個領域消失的地方擴展，所以，裂紋產生的原因是相變應力。

7 結束語

通過對以上六種缺陷的逐一討論，基本包括了焊接和鉚接時常見的損壞事故的一些現象，原因及對策，對生產實踐具有指導意義。

參考文獻

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