碳鋼焊接裂紋產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

毛德仁 白虎東

摘要：焊接是生產(chǎn)各類鑄件、鍛件及鋼結(jié)構(gòu)件的一道重要工序，焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品的性能及穩(wěn)定性有直接的影響，提高焊接質(zhì)量對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要性不言而喻?；诖?，本文分析了焊接缺陷產(chǎn)生的原因，提出了有效預(yù)防焊接缺陷的策略，希望本文能為企業(yè)提高焊接質(zhì)量提供一些有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：焊接缺陷；焊接質(zhì)量；預(yù)防策略

引言

隨著自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手臂焊接逐漸代替了傳統(tǒng)焊接方式，但在部分產(chǎn)品加工中，手工電弧焊仍然具有不可代替的作用，尤其是在鋼結(jié)構(gòu)件焊接方面，手工現(xiàn)場焊接仍占有重要地位。但在焊接過程中，受制于材料、設(shè)備、人工操作和工藝等方面的原因，焊接質(zhì)量不高，一些焊接指標(biāo)超標(biāo)，對(duì)焊件使用壽命和質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。

1、焊接缺陷的產(chǎn)生原因

（一）焊機(jī)性能；焊機(jī)性能對(duì)焊接質(zhì)量有直接影響，假如焊機(jī)性能不穩(wěn)定，焊接條件不佳，就很難焊出優(yōu)質(zhì)的焊縫。在焊機(jī)電壓不穩(wěn)、電弧推力不足的情況下，焊接無法正常進(jìn)行，焊接質(zhì)量自然無從談起。（二）焊接電流；焊接電流會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成很大程度的影響。大電流焊接可增加熔深，提高效率，但易出現(xiàn)燒穿、焊瘤、成形差、咬邊等缺陷；利用小電流焊接，電弧穿力小，易出現(xiàn)未熔合、夾渣、未焊透等缺陷。（三）焊接速度；焊接速度過快時(shí)，熔池溫度過低，母材和焊縫不能完全熔透，會(huì)出現(xiàn)未焊透、未熔合和焊縫不良等焊接缺陷。焊接速度過慢時(shí)，熔池溫度過高，易造成焊渣倒流，形成夾渣缺陷，還會(huì)增加熱影響區(qū)寬度，焊接接頭的晶粒變粗大，力學(xué)性能下降，且會(huì)增加焊接的變形量。（四）電弧弧長；電弧過長時(shí)，無法保護(hù)融化后的金屬，氣體入侵熔池，容易使焊縫出現(xiàn)氣孔，進(jìn)而導(dǎo)致焊縫力學(xué)性能降低，無法通過檢驗(yàn)，需要進(jìn)行返工重焊。電弧過短時(shí)，會(huì)增加對(duì)母材表面的壓力，受推力的影響，融化的金屬難以成形。（五）焊道層數(shù)；減少焊道層數(shù)，增加單層厚度，在焊接過程中熔池溫度就會(huì)太高，不利于保障焊縫金屬的塑性，且焊渣在焊接過程中翻轉(zhuǎn)，會(huì)造成未熔合和夾渣等缺陷。如果增加焊道層數(shù)，減小單層厚度，有利于提高焊縫質(zhì)量，但會(huì)降低焊接效率。（六）焊工水平；在焊接焊縫時(shí)，一些焊工缺乏焊接技術(shù)，對(duì)手工電弧焊掌握不夠，很容易引起焊接質(zhì)量問題。比如，在進(jìn)行手工電弧焊時(shí)，焊條角度、運(yùn)條方式、收弧等操作控制不當(dāng)，都會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。（七）其他方面；焊前未清理干凈坡口上的銹、油和水分等，容易造成焊接過程中出現(xiàn)夾雜、氣孔等缺陷。對(duì)口間隙太大，會(huì)造成焊瘤；對(duì)口間隙太小，會(huì)造成焊縫根部焊不透。焊接時(shí)防風(fēng)措施不到位，會(huì)增加焊縫的氣孔。焊接過程中使用的焊條未烘干，或焊條未使用保溫桶等因素，會(huì)導(dǎo)致焊縫成型不好，焊縫的氣孔增多，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)。

2、焊接缺陷造成的主要危害

焊接殘缺陷會(huì)造成焊接件疲勞強(qiáng)度下降，靜載荷、動(dòng)載荷強(qiáng)度下降，韌性降低，抗腐蝕性差。焊接缺陷造成的主要危害是焊接應(yīng)力集中。焊接缺陷造成的應(yīng)力集中主要原因?yàn)椋附咏孛孀兓鹁植繅毫Ω淖儯捎谌毕荼憩F(xiàn)形式不同，造成的截面變化程度不同，對(duì)應(yīng)力影響大小也各不相同。所以在焊接過程中和焊接后均會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，特別是較厚鋼板的焊接，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致熱裂紋或冷裂紋。焊接接頭形式不同也會(huì)造成不同程度的焊接應(yīng)力集中。①焊接變形是結(jié)構(gòu)件焊接制造過程中最常見問題之一，由于焊接過程是一個(gè)受到電弧電壓、電流、熱傳導(dǎo)、金屬相變和力學(xué)性能改變，局部快速的加熱到高溫并隨后快速冷卻的非線性瞬間熱傳導(dǎo)過程，整個(gè)焊接件的溫度變化急劇，焊縫周圍母材熱影響區(qū)的金相也隨溫度劇烈變化，其物理性能也隨之改變。焊接變形不僅會(huì)降低結(jié)構(gòu)件本身強(qiáng)度，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件裝配尺寸出現(xiàn)誤差，影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。②降低產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度，縮短產(chǎn)品使用壽命。由煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件鋼板厚度較厚，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所選母材材質(zhì)含碳量較高，要求承受的動(dòng)、靜載荷也較為復(fù)雜。焊縫應(yīng)力集中，不僅造成焊縫處強(qiáng)度較低，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)靜載荷非脆性破壞影響較大，縮短產(chǎn)品使用壽命，降低產(chǎn)品可靠性。③引發(fā)焊接件脆性斷裂。煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件焊接過程中，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，同時(shí)過熱區(qū)和熔合區(qū)脆性和韌性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用時(shí)同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，極有可能引起結(jié)構(gòu)件的突然斷裂，造成安全事故。

3、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗(yàn)是保證焊接質(zhì)量的重要措施。因此，工件焊完后應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求對(duì)焊縫進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，凡不符合技術(shù)要求所允許的缺陷，需及時(shí)進(jìn)行返修。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)包括外觀檢查、無損探傷和機(jī)械性能試驗(yàn)三個(gè)方面。這三者是互相補(bǔ)充的，而以無損探傷為主。

3.1外觀檢驗(yàn)

①利用肉眼或放大鏡對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。②利用專業(yè)測量儀器如焊接檢驗(yàn)尺對(duì)焊縫的外形尺寸進(jìn)行測量。

3.2無損探傷

無損探傷是指在不損壞被測件前提下，借助儀器設(shè)備對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢測方法有超聲報(bào)檢測、滲透檢測、磁粉檢測、射線檢測等。本文對(duì)煤炭機(jī)械焊縫常用的檢測方法進(jìn)行介紹。①超聲波檢測，利用超聲波探傷儀產(chǎn)生的震蕩激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，對(duì)工件焊縫進(jìn)行測試，探頭接收到反饋波后顯示到儀器屏幕上，從而查看被檢驗(yàn)焊縫是否有焊接缺陷。超聲波無損檢測是目前最常用的焊縫檢測方法之一，其主要優(yōu)點(diǎn)有：檢測范圍較大，缺陷定位準(zhǔn)確，對(duì)檢測人員和環(huán)境不造成傷害。②滲透檢測，包含著色探傷檢測和熒光滲透檢測，主要檢測表面焊接缺陷，其主要原理為滲透液在毛細(xì)作用下，滲透至焊接表面，再施加顯像劑，缺陷內(nèi)的殘留滲透劑又回滲到工件表面，從而顯示出缺陷形態(tài)，不受焊接結(jié)構(gòu)影響。但滲透檢測相關(guān)檢測參數(shù)并不明確，需要在累積中總結(jié)，對(duì)檢驗(yàn)人員業(yè)務(wù)能力要求較高。③磁粉檢測，主要用于檢測表面焊接裂紋缺陷的檢測方法，工件被磁化后在被測試件上撒上磁粉或磁懸液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便會(huì)吸附于缺陷位置，通過磁痕來顯示和判定缺陷位置、大小。檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)直觀可靠。④X射線檢測，主要通過X射線成像設(shè)備，獲取焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)字成像圖并輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，通過對(duì)缺陷圖像的提取，對(duì)焊接缺陷進(jìn)行分析和判定。但X射線檢測在實(shí)際應(yīng)用中有一定局限性。

3.3打壓試驗(yàn)

對(duì)于油箱、水箱等要求密封性的結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇水壓試驗(yàn)或氣壓試驗(yàn)，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。

結(jié)束語

總而言之，對(duì)焊接質(zhì)量造成影響的因素較為復(fù)雜，不但有人的因素，也有外界條件的因素，因此，在焊接過程中要嚴(yán)格加強(qiáng)過程控制，創(chuàng)造良好的焊接條件，盡量減少和避免焊接缺陷，以促進(jìn)焊接質(zhì)量的提升。

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（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）