谈谈焊接裂纹的产生原因和防止措施
2 ^; Q- X( B: D6 q$ x焊接是现代工业生产中最重要的加工工艺之一，它已广泛应用于制造和修理各种结构和设备。焊接作为一种降低成本、提高生产效率的有效新手段，用它不仅可以得到优质、可靠的工件，而且可以创制出原则上完全新颖的产品。大如航空航天和核动力装置，小至微电子以及超精器件，如果没有焊接技术，很难想像将会遇到多少困难，甚至无法制造出来。因此完全可以说，没有焊接就没有今天这样的现代工业，焊接为今天这样的现代文明起到了它应有的作用。
& B) G: H* t' r# B' y5 u" q* \: P随着现代工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化，大容量和高参数的方向发展。有的还在低温、深冷、腐蚀介质等环境下工作。因此各种低合金高强钢，中、高合金钢，超高强钢，以及各种合金材料应用的日益广泛。但是随着这些钢种和合金材料的应用，在焊接生产上带来了许多新的问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接裂纹。
( x. ?; w* R, {) @焊接裂纹不仅给生产带来了许多困难，而且可能带来灾难性的事故。据统计绝大多数是由裂纹而引起的脆性破坏。因此，裂纹是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。焊接结构中裂纹问题危害甚大，已成为世界各国所关注的课题
$ J: f2 B* G4 B' v) H' T6 K: H6 V常见的焊接裂纹根据生成时的温度，可分成热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等几类。焊接结构中，焊接裂纹以冷裂纹最为常见，其次为热裂纹，本次论文将以这二者为重点，简单说明一下冷裂纹和热裂纹。 l" }# k- g7 w+ Z8 e
一、 首先我们来谈一谈焊接冷裂纹。+ p" t% E: G$ q: X$ w
焊接冷裂纹指焊接接头冷却到较低较低温度时所产生的裂纹。冷裂纹包括：延迟裂纹、淬硬裂纹、低塑性脆化裂纹等，正常所说的冷裂纹指的是延迟裂纹。
0 _8 m8 t3 T y' k 一般情况下，焊接低中合金高强钢，高中碳钢等易淬火钢时容易产生冷裂纹。0 S" s9 @$ t' m" P% ]) {* n- h* R
1冷裂纹产生的原因
4 M$ I- Z1 ~ F3 `7 l( R- b- `- D 大量的生产实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头、含氢量及其分布，以及焊接接头所承受的应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下是相互联系和相互促进的。
1 Z y; M, V' t" w（1）含氢量的影响
! c3 n9 J ~3 A( ~9 I0 ?4 H 钢中含氢时，塑性降低脆性增加，当钢中含氢量越多时，塑性降低脆性增加，在电弧作用下，水分解为氢原子进入熔池，随着金属的冷却，氢的溶解量下降，氢逐渐析出，残存在固态金属中，形成氢分子，造成很大的内应力，容易产生裂纹。9 d0 [& `" L2 G+ P
根据融合区氢浓度的聚集，预热对冷裂纹敏感性有较大的影响，在不预热的情况下熔合区的氢浓度在焊后4天达到最高值。而采用预热后的氢的集聚时间和最高浓度值得到大幅度降低，有利于防治冷裂纹。类似的焊后紧急加热可加速H的扩散，也是防治冷裂纹的有效措施之一。
) z( j8 V9 c% N; h（2）淬硬作用' I5 Z) d" D: o% z, o, ?/ i, X6 B
焊接裂纹倾向随着淬硬倾向的增加而增加，其原因是淬硬钢焊接接头的淬火区组织脆硬塑性低劣，这样的地区难承受焊接应力应变，易于导致耗能极少的脆性断裂，从而使裂纹易于生成和扩张。
/ _) L, Z3 L) Q 对组织情况以及裂纹倾向的评估可借助该钢种的SH-CCT（温度、时间和裂纹分布）图，SH-CCT图不仅可用于预测给定钢种在某种规范或工艺条件下焊接是否出现冷裂纹，生产上另一重要用途是用来焊前制定该钢种不生成冷裂纹的焊接工艺。如必须采用长段多层焊接淬硬倾向较大的钢种时，经常采用诸如焊前预热、层间温度控制、焊后缓冷、后热等其他措施与之配合。' L( x/ v! U5 c0 ?& Y) E) E( e2 Z
（3）拘束应力" L- \7 r, b) b d, j
构件焊接时，由于焊接区变形，受到周围金属的拘束而产生应力，称此应力为拘束应力，分为内应力和外应力。内应力包括热应力和相变应力，外应力包括刚度，拘束程度、接头形式和坡口形式。- i: { z; A! k( N8 q4 J
拘束应力2 B# w4 A3 K I+ a5 w. d, c
бw = mR- f; {% U2 F! {
бw——拘束应力 * z4 O* R* `! v8 d
m——比例系数。与金属的热物理性质如膨胀系数、熔点比热容，以及接头形式、坡口的角度等因素有关。
" Y; r. ?1 ?; O J+ Q) JR——拘束度
d; ~% [( U( E2 s" M2冷裂纹的防止措施; e# f6 e5 X7 I+ l+ X1 [
防止冷裂纹生成原则上不外乎减少接头的淬硬、含氢量和拘束，其防治措施也应建基于此。
$ o' `! C; X- q6 ?（1）母材和焊接材料的选择4 V0 y3 \1 ]1 L3 F: I, Y
a母材应降低其淬硬性，所以来讲，母材应含C量低，杂质小。" {" t# I5 Z. F# `3 U' d5 l- z- Z
b焊接生产中，母材多半以给定，因而对焊材选用更加实际。; {- g2 U# p/ |! J5 ^- J
首先应使焊材的含H量低，例如使用低氢型或超低氢型，焊前必须烘干，去除油锈。对于敏感于冷裂的接头，焊接时尽量降低焊缝金属的强度。例如在修复高强度构件的少量缺陷时。采用J427焊条（E4315）常较采用强度级别更高的J507（E5015）、J557（E5515）焊条等效果优越。厚板焊接时，在最易启裂根部焊道采用低匹配，按等强原则选择焊接材料，是防止冷裂且能保证接头强度的可取工艺。采用A焊材，焊接高淬硬性钢材是防治冷裂纹的有效措施，在修复中高碳钢或合金钢构件时应用尤多。
0 O& b2 x4 z" J* D; h" c" E G（2）工艺措施
* C1 t% e7 D% K( s- E从防治冷裂纹观点，焊接热循环首先应谋求缓冷，如采用小的线能量+To（预热），预热固然可以有效的防治冷裂纹，但增加了构件制作工序，同时恶化的劳动条件，因此在生产中应尽量降低预热温度。由于冷裂纹经常具有延迟性。其另一有效防治措施是焊后紧急后热，同样焊后保温也有助于防治冷裂纹的产生。
( G* z j. j8 @7 M) ?$ h（3）结构设计2 g/ ^2 L, ]8 Q2 K
制定工艺，必须尽量降低焊接应力，避免应力集中。例如应当合理安排装配焊接顺序，使接头在最小的拘束条件下施焊，必要时可以采取分区对称、分段、反向等焊法，以降低焊接应力。同样从焊接角度来看，焊接线能量不宜选择过大，焊接热量更不应长时间集中于局部地区。 |
发表于 2009-3-13 09:21:21
