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手工电弧焊中焊缝裂纹产生原因分析及预防措施摘要:施工过程中经常到焊缝裂碰纹的现象,尤其在手工电弧焊中更为突出,如不及时发现和修复,其危害性是非常巨大,本文着重从焊接裂纹形成原因、影响生成裂纹的因素及防止措施及裂纹复技术措三方面进行探讨。关键词:焊接;焊缝裂纹;产生原因;防止措施1、焊接裂纹形成原因焊接中的常见焊接裂纹一般分为三大种类型:1.1 热裂纹:热裂纹是在高温下产生的, 而且都是沿奥氏体晶界开裂,它的主要形态是结裂纹即焊缝在结晶过程中,在固相线附近由于凝固金属的收缩粒间的液态薄膜承受不了拉力,以致沿晶界开裂。1.2 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焊接接头产生裂绞,即属于冷裂纹。1.3 脆裂:在温度急剧下降时由于金属及焊缝变脆;而的低应力破坏的现象,即称为脆裂。根据金属裂断前的总形量(宏观变形),可把断裂分为延性断裂和脆性断裂两大类。延性断裂,金属在断裂前和断裂中发生显著塑性变形般在应力超过金属的强度极限超载后发生断裂。而脆性断裂,在断裂前几乎不产生明显塑性变形通常在不超过金属屈服强度即断裂,因此亦称低应力破坏。从以上讨论可以知道,在各种具体情况下产生裂纹的原因是不同的,有时可能是几种因素共同用的结果。然而,不管是热裂纹,冷裂纹,脆裂,它们都具有一个共同的规律,即、焊接时由于各种原在熔池内部常发生变化,在一定条件下会发生作用而形成裂纹。在手工电弧焊中我们要通过裂纹的征来判断裂纹的类型,找出裂纹形成的原因,从而采取相应措施。2、影响生成裂纹的因素及防止措施2.1 热裂纹。主要讲结晶裂纹,它是热裂纹的一种普遍形态。影响结晶裂纹主要有下列因素:2.1.1 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,结晶温度区间也增大。2.1.2 碳当量愈大,则增加裂纹倾向,因为各种元素对结晶裂纹的影响不同,例如严重影响结晶纭纹的元素有C,S,P,Cn,Ni;少量影响不大,多量则促使裂纹的元素有Si,Mn,Cr等。为了相对判断焊金属裂纹倾向,建立了碳当量的计算方式,以便相应进行考察。2.1.3 残液m形态,如为薄膜状则裂纹倾向大,如为球粒状则裂纹倾向小。2.1.4 一次结晶组织,如粗大则裂纹倾向大,如为球粒状则裂纹倾向小。2.1.5 力的因素对产生结晶裂纹也有影响,当焊的拉伸应力在某一温度区间超过了金属的晶间度,即会产生晶向裂纹。2.2 冷裂纹。冷裂纹可以在焊后立即出现,也可以是延迟裂纹,而后一种是冷裂纹中的比较普的形态。冷裂纹的产生与钢的碎硬倾向;焊接接头的氢含量及其分布;焊接接头的拘束应力有直接系。并且这三者是相互促进和相互影响,在不同情况下,其中任何一个便可能为主要因素,但不是唯因素:2.2.1 钢的淬硬倾向,主要取决于钢种的化学成分,其次是焊接工艺,结构钢板厚度及冷却条件钢种的淬硬倾向愈大,则愈容易产生冷裂纹。这是由于:容易产生冷裂纹。这是由于:容易形成脆性织,如马氏体组织便是一种脆硬性组织,在一定应力作用下会发生脆性断裂。冷却速度愈快愈容易大钢的淬硬性倾向:淬硬性倾向愈大的钢材,会产生较多的晶格缺陷,如空位和位错, 这些都会在焊应力的作用下,发生移动和聚集,达到一定程度,便会产生裂纹源。2.2.2 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,条中所含的水伤,焊接坡口附近的油污,其中铁锈(mFeO3nH2O)的影响特别大。加热时铁锈进行下反应:由于增加氧化作用,在结晶时就会促使生成H2气。铁锈中的结晶水(H2O),在高温时分解出氢气增加了生成氢气孔的倾向。由此可见,铁锈是一个极其有害的杂质,对于氢气有敏感性,尤其在碱性条施焊的情况下,焊件表面氧化皮和铁锈、油污等杂质的清理要比酸性焊条要求更为严格,否则使缝产生氢,这些氢在电弧高殒温作用下, 分解成氢原子,不断进入焊接的熔池中。金属在熔融状态熔氢量是比较高皈,但是在液相凝固时溶氢量则急剧降低,这时氢原子结合成氢分子而逸出。然而亍焊接接头处冷却速度是极快的,大部分氢未来得及逸出而以过饱私状态熔于凝固了的焊缝中。溶钢中的氢原子在应力梯度的推动下扩散至此, 聚集形成裂纹源。裂纹源渐渐就形成宏观裂纹。2.2.3 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,因此任何裂都离不开应力。所以应力成为主要矛盾。因此必须设法保证焊接质量,要合理考虑设计接头,以避裂纹的出现。防止冷裂纹一般应采取如下措施: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350450,保温12小时。而酸性焊烘干到150200,保温12小时即可, 改善接头设计, 减少应力集中;调节热循环,如采用淬硬程度,降低热应力和组织应力,提供让氢逸出焊接接头的机会;焊后热处理可以消除内应力,去氢以及淬硬牲组织回火等以消除脆性,提高韧性。2.2.4工艺因素,所谓工艺因素主要是指焊接规范、电流种类、电孤高低和操作技巧等方面对生氢艺的影响。因此:(1)适当降低焊接电流Ia,使熔滴变大,比表面积减小,吸收氢、氮、氧困难,减小产生裂纹倾向反之若电流增大,使电阻热增大,药皮发红过早分解,使焊缝既无气体保护也无冶金反应,易产生大多的穿透性气孔。从焊缝形状系数=B/H 考虑,当焊缝宽度B不变焊接电流增大时,熔深H增大,焊缝状系数控制在11.5。因此焊接电流千万不能无原则地增加,要视具体情况按规范选择最佳值。(2)焊接速度Ua不宜过快。熔池存在时间:式中:I电流(A);U电孤电压(V);Ua焊接速度(cm/s);K常数,与被焊材料的热物理性质关。由式可知,当电孤功率不变,焊接速度Ua减小时,熔池存在时间tp增长,结晶速度减小,有利于气上浮,不易产生裂纹。从提高生产率考虑,应该在提高焊接速度的同时提高焊接电流和电孤电压,总要使三者匹配,才能获得速度快、质量高的焊接接头。2.3 脆裂:脆性破坏是材料还没有沿剪切面滑移之前,材料已达到破坏极限,因而材科是在没有形的情况下产生的破坏,故称脆性破坏。材料产生脆裂与四个因素有关:第一, 温度降低的程度。温度降低时,材料变形能力减少而抗拉强度和屈服强度增加,在某种称为临界温度时材料完全丧失形能力,在某种称为临界温度时材料完全丧失变形能力,转变为脆性状态。第二,载荷速度增加的程度。增大加载速度,也会引起屈服限的增加,而使材料变脆,塑性降低。第三,应力及应力集中的程度。在有缺口的地方产生应力集中,能够导致脆性破坏。因为缺口处的应力集中,导致材料的破坏力将比剪应力增加速度快,这四个因素同时作用,是产生脆性破坏的最危险状,为了不出现脆性破坏就要尽力阻止这个危险状态出现。3、裂纹修复技术措施3.1 全部查清裂纹,并且定准位置,选择适当气温和季节,风速附合要求,焊接时能达到压力容焊接环境要求。修复时焊工要持有相应钢种及位置施焊合格证且能保证焊接质量的同志担任,返修须达到一次成功。3.2 修复钢材与焊接材料必须进行焊接工艺评定,其结果必须符合设计要求和有关标准规定。3.3 返修位置应打上施焊人员的焊工编号,并在焊缝返修记录上签字。3.4 焊缝缺陷的除去方法只能用机械的方法,返修焊缝应百分之百的作X光检查,检查结果存档存。
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