钢桥T形接头角焊缝根部裂纹性质及其产生原因

钢桥T形接头角焊缝根部裂纹性质及其产生原因
0 前言
众所周知，桥梁建设在国家交通大动脉建设中占据重要地位。

为适应桥梁建设事业的发展，要求桥梁制造厂更多更快地提供优质的焊接钢梁。

因而，新型、高效、优质的焊接技术在钢梁焊接中得到日趋广泛地应用。

随着新型焊接技术在钢梁焊接中的应用，相应地产生了新的焊接质量问题。

文中就采用药芯焊丝CO2气体保护、船位单弧多道自动焊时，钢桥T形角焊缝根部焊接缺陷的性质及产生原因做了较详细的分析，并提出防治建议。

1 T形接头的焊制条件及焊接缺陷
某钢桥桥面板与纵梁之间的T形接头焊接，采用药芯焊丝CO2气体保护，船位单弧多道自动焊接完成。

药芯焊丝符合标准AWSA5.20 E71T-1C-J《气体保护焊药芯焊丝》，焊丝直径φ1.2 mm。

桥面板及纵梁用钢板符合标准ASTM A709/A709M G50T3《桥梁用结构钢》。

焊接接头坡口形式如图1所示，焊接工艺见表1，钢板化学成分及药芯焊丝熔敷金属化学成分分别见表2，表3。

在教学中教师习惯性地给学生提供一些丰富的素材，帮助学生理解概念内涵。

但我们可以看到十年前教师给学生提供的学习材料（见图1），十年后学生也能创作出类似的素材（见图2），提供给全班学习，并且能结合自己的动手操作经验进行解释，感知“2倍”就是这样的“2份”。

图1 T形接头坡口示意图
表1 桥面板与纵梁T形接头角焊缝焊接规范
规范参数预热温度T/℃道间温度T道/℃焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/（cm·min-1）热输入Q/（kJ·cm-1）工艺要求10（板厚≤20 mm）≤200 240～280 28～32 25.4～31.8 16.2（均值）施焊参数不预热（室温＞10℃）≤200 260 30.5 27.4 ≈17.4桥面板与纵梁T形接头工件焊接完成后，按照技术要求对T形接头的横截面进行宏观检验，发现在角焊缝根部有夹渣和未熔合现象，有肉眼可见的裂纹。

进而对根部夹渣和裂纹做了宏观及微观金相分析，裂纹断口形貌及微区成分分析，根据检验结果，分析根部裂纹的性质及其产生原因。

表2 钢板化学成分（质量分数，%）
类别 C Si Mn P S Ni Cr Cu Nb V Mo C eq标准值≤0.23 ≤0.40 0.75～1.60 ≤0.04 ≤0.05 ——≤0.18 0.004～0.06 0.01～0.15 —≤0.45实测值0.08 0.27 1.56 0.013 0.001 0.004 7 0.015 0.003 1 0.029 0.056 0.000 7 0.34
表3 焊材熔敷金属化学成分（质量分数，%）
类别 C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu V ［H］（水银法）/（mL·100-1 g-1）标准值≤0.12 ≤0.90 ≤1.75 ≤0.03 ≤0.03≤0.20 ≤0.30 ≤0.50≤0.35≤0.08—实测值0.043 0.39 1.36 0.01 0.005 0.03 0.01 0.48 0.02 0.01 3.59
2 T形接头角焊缝根部裂纹宏观及微观金相
T形接头角焊缝横截面宏观形貌如图2所示，角焊缝根部形貌如图3所示。

T形接头左侧角焊缝先焊，由打底和填充两条焊道组成，角焊缝根部有夹渣。

右侧角焊缝后焊，为单道焊。

由图2可见，右侧角焊缝根部未完全熔合，在根部有较大尺寸的夹渣物，且在角焊缝根部沿焊缝柱状晶生长的垂直方向有肉眼可见宏观裂纹。

图2 T形接头角焊缝横截面宏观形貌
图3 角焊缝根部形貌
图4 为T形角接头右侧角焊缝根部裂纹形貌，图4b显示角焊缝根部裂纹处于角焊缝柱状晶对生相交线上的局部放大图。

图4 角焊缝裂纹形貌
图5 为T形角焊缝根部裂纹浸蚀前与浸蚀后以及裂纹边缘与端部高倍金相形貌。

从图5a可以看出角焊缝未熔合处形成的空腔内充满了
焊渣，从图5b可以看出根部裂纹内也充满焊渣。

裂纹较宽，尖端比较圆钝。

裂纹尖端处还有一细小的裂纹，尖端也比较圆钝。

具体到该故障车，正时数据正常、缸压正常，空滤至节气门之间的管路无泄漏，燃油系统高压数据正常，水温和空气流量也正常，因此，可以排除上述第3、4、5、6条。

图6为T形接头角焊缝根部裂纹两侧金相组织，图6a是50倍显微镜下，根部裂纹两侧柱状晶的形态，图6b，6d是根部裂纹周边组织200倍金相图片，图6c，6e是裂纹周边组织放大500倍金相图片。

马普龙的发现对于研究和认识大型食肉恐龙的生活习性有着重要的意义，即使是如此巨大而凶狠的肉食强者，也需要集体行动、共同协作才能生存。

图5 试样裂纹高倍形貌
图6 裂纹两侧金相图
3 根部裂纹断口形貌及微区成分分析
采用机械方法打开试样，裂纹断口形貌如图7所示。

图7 裂纹断口宏观形貌
图8 是1号试样扫描电镜下裂纹断口形貌，图8a为根部裂纹断口形貌，可以清晰看出裂纹沿角焊缝柱状晶晶界开裂，柱状晶表面平坦，晶面交界棱线清晰。

图8b为根部裂纹尖端处断口形貌，由图清晰可见沿柱状晶界开裂的特征，且开裂表面有变形的痕迹。

图9是2号试样裂纹尖端处断口形貌，由图可以看出沿柱状晶开裂的表面有断续的浅韧窝。

图10为1号试样未熔合处空腔夹渣物和裂纹内部夹渣物微区能谱化学成分分析结果，结果表明角焊缝未熔合处的夹渣物为钛、铁、镁、锰、硅、及铝的氧化物。

2017年4月19日上午，2017年全民阅读工作会议在长沙召开，会议总结了2016年来全民阅读取得的成效和经验，研究部署2017年全民阅读工作。

原国家新闻出版广电总局副局长吴尚之提出，2017年，出版部门要突出坚持和发展中国特色社会主义、实现中华民族伟大复兴中国梦这一主题，突出迎接宣传贯彻党的十九大这条主线，以重大活动、重点工程、重要项目为抓手，在“大力推动”上下功夫、见实效，努力构建全民阅读推广服务体系。

会议指出，当年的全民阅读工作将大力推动主题阅读活动、优秀读物的出版、少年儿童阅读、领导干部阅读、基层群众阅读、阅读设施建设、社会力量参与、阅读宣传
推广等八个重点内容。

图8 1号试样扫描电镜下裂纹断口形貌
图9 2号试样扫描电镜下裂纹断口形貌
图10 夹渣物成分分析
4 根部裂纹的性质及成因
（1）由金相观察及能谱微区成分分析结果可知，角焊缝根部未熔合空腔和裂纹间隙内充满了钛、铁、镁、锰、硅、铝的氧化物。

钢桥T 形角接头采用高钛金红石型药芯焊丝焊接，为保证焊缝金属具有较高韧性，其药芯中有较多合金元素，以确保焊接熔池脱氧净化。

在恰当的焊接工艺条件下，脱氧反应生成的氧化物与药芯中其它造渣剂结合生成熔渣浮出焊接熔池形成渣壳。

但是，如果焊接工艺不当则熔渣残留在焊缝中形成夹渣。

从图3显示，T形角接头的右侧角焊缝，由于采用单道焊，致使焊缝的成型系数（焊缝宽度与焊缝计算厚度的比值）偏低，促使焊缝柱状晶对生成长，熔池中低熔点杂质在角焊缝中心富集，在焊接应力作用下导致开裂。

（2）图4显示角焊缝根部裂纹处于焊缝对生柱状晶的相交处，且裂纹间隙内充满焊渣，由此可以判断该裂纹发生于焊渣凝固前，应属热裂纹。

图8、图9扫描电镜下该裂纹断口形貌显示，裂纹表面柱状晶面平坦，柱状晶棱线清晰；且开裂表面有断续的浅韧窝，有变形的痕迹；从而判定该热裂纹属于高温低塑性裂纹。

（3）T形角接头的右侧角焊缝，由于采用单道焊，尽管焊缝成型系数偏低，角焊缝根部仍未能完全熔合，未熔合空腔内充满焊渣，增加了角焊缝冷却过程中的拉应力，是角焊缝产生根部裂纹的力学因素。

5 结论
（1）文中研究的钢桥T形角焊缝根部缺陷为高温低塑性热裂纹，是因为焊接工艺不当致使角焊缝根部未熔合；焊缝的成型系数偏低，焊缝柱状晶对生成长；熔池中低熔点杂质在角焊缝中心富集，形成夹渣；在焊接应力作用下导致开裂。

（2）为防止T形角焊缝产生根部缺陷，T形角焊缝焊接应采用低热输入的多层多道焊，在确保根部熔合的前提下，适当提高打底焊道的焊缝成型系数，改善焊缝成型，避免形成对生柱状晶，可有效地防止上述热裂纹的产生。

同时，降低焊接热输入，也可以细化焊缝金属组织和降低焊接热应力，降低产生热裂纹的风险。

三是要有好装备。

首先当然是车辆。

越野车是首选，没有越野车
也得质量相对过硬一些。

因为所到之处，有些是尚未开放的景区或景点，道路设施不太完善，逢山爬山，遇水涉水。

不能后退，只有前进。

另外，“零件”也不可忽视。

想爬山最好准备登山杖，想去沙漠最好备好沙地鞋，还有什么水具、地图、指南针、照明灯、太阳眼镜、雨伞、防晒衣、防晒霜、药品等等，总之宁可备而不用，不可用而无备。