工程机械常见焊接开裂与修复技术

工程机械常见焊接件开裂与修复技术

焊接件是各类工程机械设备结构中的重要组成部分。在施工作业过程中，焊接件开裂是设备常见故障之一。焊接开裂时，会影响设备正常运行，甚至造成无法作业，导致停工。对工程机械常见焊接件开裂与修复技术的研究，是设计、工艺与维修人员密切关注的课题。

随着工程机械焊接结构趋向于高参数、大型化、耐磨、重载、轻量化的方向发展，焊接构件制造也不断应用新材料、新工艺、新技术。焊接构件不仅要满足产品设计性能、参数要求，还要求焊接接头具备更高的可靠性，同样对焊接件开裂预防与修复技术也要求更加严格。

1焊接开裂的基本原因

企业在产品结构件设计、加工、检验等过程建立了有效的质量控制体系，力求提高焊接接头性能，达到预防、消除焊接缺欠，保证焊缝可靠性的目标。但是，焊接由于其自身的特点而被视为“特殊过程”。这是因为焊接作为一种热加工技术，其随后的检验根本无法充分验证其加工结果，不能完全控制与了解焊接接头性能是否达到了预期的要求。事实上，所有的焊接产品都是带着这种未知的“问号”进入用户的手中运行和使用。在设备作业运行中，当构件受到冲击、拉压、扭转、弯曲载荷与过载、震动、环境温度变化等复杂工况时，避免不了形成裂纹，裂纹逐渐扩展导致焊接开裂直至构件断开失效。所以这种“特殊过程”的缘故，造成焊接接头性能的不稳定性，导致接头强度下降，是焊接开裂的基本原因。

2焊接件类别与焊接开裂分析

工程机械产品品种繁多、焊接件几何形状复杂，尺寸、重量相差悬殊，工序长短和复杂程度也各不相同。大都是采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等焊接工艺方法。对工程机械产品焊接件分类并进行开裂分析：

2.1按焊接件结构特点，见表一。

表一：

2.2按焊接件功能，见表二。表二

2.3按钢材强度级别，见表三。表三

通过以上对焊接件分类与焊接开裂的分析可以看出，焊接件开裂主要集中在工作装置类构件。这是因为此类焊接件不仅结构复杂、承受大的工作载荷，抗变形能力差，而且采用的钢材品种多、强度级别高，焊接施工难度大。是常见易开裂的焊接件。

3焊接件常见裂纹与开裂的特点

3.1氢致裂纹

这是一种最常见的冷裂纹。它往往不是焊后立即出现，而有一段孕育期，延迟一段时间才产生，亦称延迟裂纹。这种延迟现象主要由氢引起，因此又称氢致延迟裂纹，或简称氢致裂纹、氢裂纹。

氢致裂纹开裂部位：对于强度不很高的碳钢与合金结构钢焊接接头，往往先在热影响区粗晶区开裂，扩展到其他区域；强度很高时往往先在焊缝区开裂，扩展到热影响区。

按开裂位置可分为：焊缝金属裂纹、热影响区裂纹；

按相对焊缝的启裂和扩展位置，热影响区氢致裂纹通常有三种形态和部位：

⑴焊趾裂纹一般起源于焊缝趾部（焊缝表面与热影响区交界处）具有明显应力集中的地方，再向热影响区和母材延伸。

⑵焊根裂纹这是最常见的氢致延迟裂纹，起源于第一层焊道根部与热影响区相交处应力集中最大的部位，然后向热影响区和焊缝延伸。究竟向何处延伸，取决于母材和焊缝的强度，塑性、和根部的形状。

⑶焊道下裂纹发生于焊道下方离熔合线不远的粗晶区内，其走向大体于熔合线平行。是一种微小裂纹，往往不能在焊件表面发现，它不是一条连续裂纹，而是由一条条小的显微裂纹集合而成。这种裂纹往往在使用含氢量较高的焊条、小线能量电弧焊接高强钢时发现。

引起氢致开裂的原因：硬化组织、应力、和扩散氢，其中扩散氢为主导因素。

3.2淬硬裂纹

由淬硬组织引起。某些钢种淬硬倾向很大，焊后冷却过程中，由于相变产生很脆的马氏体，在焊接应力的作用下引起开裂。这种开裂与氢的关系不大，没有氢的作用也会开裂。例如：弹簧钢、Mn13耐磨钢、某些高强钢以及异种钢焊接时，都可能出现这种裂纹。它的产生既然不取决于氢的存在，也就没有裂缝延迟出现的特征，在焊后可以立即发现。

3.3焊缝表面缺陷引起的裂纹

由于施工操作不当造成的焊接缺陷，也是产生焊接裂纹的重要因素。主要有：焊缝表面形状不符合技术要求。如余高过大、咬边、弧坑、熔合不良等缺陷。

焊缝表面缺陷一般具有明显应力集中、形成裂纹源，或焊缝截面尺寸减小，承载强度降低，造成焊接开裂。

3.4 疲劳裂纹

疲劳是由于在重复载荷的作用下，导致焊接接头或材料产生裂纹，开裂、扩展、失效的一个过程。工作应力往往远远低于材料的屈服强度。钢材的强度越高，缺口效应引起的应力集中程度对钢材疲劳强度的敏感性就越大。

3.5施工不当，焊缝存在熔合不良、未焊透、咬边等缺陷，造成焊缝金属有效厚度不足，承载强度降低，形成裂纹。

4 焊接开裂修复

焊接开裂修复是工程机械施工过程中设备维修常见的手段，由于受施工现场加工设备、材料、工具、工人技能水平等条件的限制。一定程度上会给正确、有

效的焊接修复带来影响。因此，了解与掌握合理、可行的焊接修复技术，很有必要。

4.1实物焊接开裂分析

实物焊接开裂分析是根据开裂的形态、位置分析导致焊接开裂的原因。目的是为了正确制定焊接修复方案和焊接修复工艺方法提供依据，防止焊接开裂再次产生，力求修复后焊接件满足设备正常作业，保障施工。实物焊接开裂分析主要从以下几方面进行。

4.1.1开裂状态分析：

观察开裂出现在焊接件的位置与形态。开裂的位置是在焊缝上还是在母材上，测量开裂长度尺寸、扩展方向、断口特征；开裂部位的焊接件变形状况，分析焊接件开裂与工作载荷的关联因素。初步确定焊接开裂是由焊接缺陷引起还是设备作业过载引起。

4.1.2化学成分分析：

化学成分分析是判定母材焊接工艺性（可焊性）、进行焊接工艺评定与制定焊接修复工艺的重要依据。通过母材的化学成分计算碳当量判定母材的可焊性。

⑴工程机械焊接件常用钢材碳当量与可焊性参见表四。

表四:

⑵有条件时对缺陷部位的母材用手电钻打孔，取铁屑样进行母材的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、V、Cu等化学成分进行检验，确定母材的化学成分含量、再查阅相关金属材料手册等技术资料判定母材牌号、强度级别，通过计算母材的碳当量判定母材可焊性。

4.1.3焊接件结构特征分析

焊接件用钢板厚度尺寸较大时，刚性较强，因而焊缝拘束度较大。焊缝在冷却过程中的收缩变形大量存在于焊缝金属中，容易产生较大应力，引起焊缝裂纹，因此在焊接修复时要采取相应对策。

4.2焊接修复方案与修复工艺制定