焊条电弧焊中焊缝裂纹产生原因分析及预防措施

焊条电弧焊中焊缝裂纹产生原因分析及预防措施

摘要：在焊接结构施工过程中,焊缝裂纹是一种最危险的破坏形式,尤其在焊条电弧焊过程中更为突出,由于受工人操作水平、外界条件影响比较多,经常会在施工过程出现焊接裂纹,如不及时发现和返修,会对整个焊接结构产生很大的影响。

关键词：焊接焊缝裂纹产生原因防止措施

在焊接结构中,焊接裂纹是危险的破坏形式,他常常的生产带来巨大的经济损失。那么在焊接结构中常见的裂纹形式有哪些呢？产生的原因防止措施有哪些呢,焊接裂纹形成原因有哪些呢？现从以下几方面做一探讨。

在焊接结构中最常见焊接裂纹常见的有二大种类型:热裂纹、冷裂纹。

1、热裂纹

所有焊接热裂纹的特征都是沿原奥氏体晶界开裂,热裂纹的形态、产生热裂纹的温度区间和主要原因是不同的。所以,热裂纹又可进一步分类。通常,人们把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三类。

1.1 结晶裂纹

焊缝金属结晶过程中,在固相线附近,晶界残存低熔点的液态薄膜,在应力作用下形成的裂纹。

结晶裂纹主要发生在含（硫、磷、碳、硅等）杂质比较多的碳钢、低合金钢焊缝中,以及单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。

1.2 液化裂纹

它的产生机理和结晶裂纹基本相同,只是产生部位不同。液化裂纹发生在近缝区或多层焊的层间部位,是在焊接热循环峰值温度作用下,由于被焊金属含有比较多的低熔点共晶而被重新熔化,在拉伸应力作用下,沿奥氏体晶界发生的开裂。

液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强钢、奥氏体钢、以及某些镍基合金的近缝区或多层焊层间部位。一般,母材和焊丝中硫、磷、碳、硅越高,液化裂纹倾向越高。

1.3 多边化裂纹

多边化裂纹大多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中或近缝区。焊接时,在固相线稍下的高温区间,由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷（主要是位错和空穴）以及严重的物理化学不均匀性,在一定的温度和应力作用下,这些晶格缺陷迁移聚集,就形成了类似晶界的二次边界,也就是所谓的“多边化边界”。因为边界上堆积了大量的晶格缺陷,所以它的组织性能脆弱,高温时的强度和塑性都很差,只要有轻微的拉伸应力,就会沿多边化的边界开裂,产生多边化裂纹。

三种裂纹中,结晶裂纹最为常见。通常所说的热裂纹,如果不特别说明的话,就是指结晶裂纹。有宏观裂纹一般必有微观裂纹,但有微观裂纹不一定有宏观裂纹。

影响热裂纹的因素主要有以下几面:首先结晶温度区的范围愈大,则增加脆性温度区,即增加裂纹倾向。结晶温度区大小与合金量有很大关系;即随着合金成份的增加,结晶温度区间也越大,热裂倾向也越大。其次碳当量愈大,则热纹倾向越大。各种元素对结晶裂纹的影响不同,例如严重影响结晶纹的元素有C,S,P,Cn,Ni。

2、冷裂纹

是在相当低的温度(即在钢的马氏体转变度附近,约200-300℃)由于约束应力,

淬硬组织和氢的作用在焊接接头产生裂绞,即属于冷裂纹。

产生温度:较低温度,在MS点以下的低温产生的存在部位:多发生在热影响区,但也有发生在焊缝。

特征:宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征;微观看:常常是晶间断裂,但也可穿晶（晶内）断裂,也可晶间和穿晶混合断裂。

分类:

①延迟裂纹。

焊趾裂纹,这种裂纹起源于母材和焊缝交界处、并有明显应力集中的部位（比如咬边）,它一般是由焊趾表面开始向母材深处扩展。

焊道下裂纹,这种裂纹经常发生在脆硬性较大、含氢量较高的焊接热影响区,一般情况下裂纹走向和熔合线平行。

焊根裂纹,它起源于焊缝根部应力集中最大的部位,可能出现在HAZ粗晶区,也可能出现在焊缝金属中。主要发生在含氢量较高、预热温度不足的情况下。

②淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）。

③低塑性脆化裂纹。

冷裂纹的产生与钢的碎硬倾向有关,与焊接接头的氢含量及其分布有关;与焊接接头的拘束应力有直接关系。并且这三者是相互促进和相互影响的。首先是钢的淬硬倾向,钢的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分,钢种的淬硬倾向愈大,则愈容易产生冷裂纹。其次是焊接工艺,结构钢板厚度及冷却条件越苛刻,越容易产和冷裂纹。第三是氢的作用,氢对冷裂纹的影响极为显著,氢在焊道或影响区的存在;可以形成氢脆。试验证明氢脆是冷裂纹的重要原因,在正常情况下钢中氢含量是极低的,但当焊接时,如果焊件处理不当,比如焊条中所含的水分,焊接坡口附近的油污及铁锈等,会大大增加裂纹的倾向。另外还有应力作用,裂纹是在应力超过材料强度极限时,在材料内部发生的一种破断,因此任何裂纹都离不开应力的影响。

所以必须了解焊接裂纹的产和原因才能更有效地防止焊接裂纹的产生。防止焊接冷裂纹的措施主要有如下措施:

选择合适的填充材料,即焊条,如选用碱性低氢型焊条,以减少从填充材料中带入氢。焊缝的强度要与母材相适应;采取减少氢的措施,如严格控制焊条的烘干温度,碱性焊条对氢的敏感性大,故需要更高的烘干温度350～450℃,保温1～2小时。而酸性焊烘干到150～200℃,保温1～2小时即可;改善接头设计,减少应力集中;调节热循环,如采用淬硬倾向小的材料,降低热应力和组织应力,焊后热处理可以消除内应力以及消除脆性,提高韧性的措施。

综上所述,在焊接过程防止焊接冷裂纹的措施有:焊前预热和焊后缓冷;采用减少氢的工艺措施;合理选用焊接材料;采用适当的工艺参数;选用合理的装焊顺序;进行焊后热处理。