焊接裂纹的分析与处理

焊接裂纹的分析与处理（精选7篇）

篇1：焊接裂纹的分析与处理

焊接裂纹的形成机理与预防措施

1、产生焊接冷裂纹的原因

焊接冷裂纹在焊后较低的温度下形成。由于这种裂纹形成与氢有关，且有延迟开裂的特点，因此又称之为焊接氢致裂纹或延迟裂纹。

产生焊接冷裂纹的三个必要条件：

（1）氢。氢的主要来源是焊材中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等。这些水、铁锈或有机物经焊接电弧的高温热作用分解成氢原子而进入焊接熔池中。在焊接过程中氢除向大气中扩散外，余下的在焊缝中呈过饱和状态，即在焊缝中存在着扩散氢。根据氢脆理论，这种扩散氢将向应变集中区（如微裂纹或缺口尖端附近）扩散，当该区的氢浓度达到某一临界值时，裂纹便继续扩展。

（2）应力。依据目前国内及国际的施工水平，在球罐的组装过程中总会存在或多或少的强力组对，所以在组装完成后便存在着内应力，这种应力在焊后整体热处理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一个局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变的循环，因此球罐焊接后必然存在残余应力。

（3）组织。焊接热影响区组织中过硬的马氏体含量越多越容易产生冷裂纹。

3、防止产生焊接冷裂纹的措施

（1）尽量选用对冷裂纹不敏感的材料选用内在质量好的母材。即选用碳当量低的优质钢材，尤其是避免母材大型夹渣。所以在球壳板制造前必须对板材进行严格的超声波检查，对有严重夹层等缺陷的钢材不得使用。

（2）尽量减少氢的来源。第一，球罐的焊接选用低氢型焊条，必要时要采用超低氢型的焊条；第二，焊条使用前一定要按产品使用说明进行烘干，并贮存在100～150℃的恒温箱中，在使用时放入保温筒内并随用随取，在保温筒内存放时间不得超过4h，否则要按原烘干温度重新烘干，重复烘干不得超过两次；第三，要彻底去除焊接坡口表面及坡口两侧20mm范围内的油污、水分，、铁锈及其他杂物；第四，不在雨雪天及空气相对湿度大于90%时施焊；第五，采取有效的防风措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔离保护。

（3）选用适当的焊前预热温度和预热范围。适当的预热温度降低了焊缝冷却速度，可使氢更易从焊缝熔池向大气中扩散，减少了焊缝中扩散氢含量，并且可以降低焊接区的温度梯度和焊缝的冷却速度，尽量减少马氏体的含量，减小温差应力。预热温度应通过工艺评定来确定，预热范围一般为坡口两侧三倍球壳板厚度且不小于100mm。当环境温度低时还应增大预热温度和预热范围。对纵缝应整条焊缝同时预热，不能分段预热。

（4）选用适当的后热温度和后热时间。随着焊接层数的增多，焊缝中扩散氢会逐渐积累。因此焊后应立即进行后热，使扩散氢有充分的时间溢出，同时还可以降低焊缝中的残余应力，减少冷裂纹产生的机率。

（5）焊接过程中保持适当的层间温度，适当的层间温度也能延缓焊缝的冷却时间，起到一定的去氢和降低残余应力的作用，层间温度不得低于预热温度下限值。

（6）采用合适的线能量。若焊接线能量过小，焊缝热影响区容易出现淬硬组织，再加上扩散氢的作用，焊缝容易产生冷裂纹；若线能量过大又会使焊缝热影响区的软化区宽度增加，使焊缝缺口的韧性降低，球罐整体的机械性能下降。

焊接缺陷是影响焊接质量最直接的原因，而焊接裂纹作为最难解决的焊接缺陷之一，在焊管生产中时有出现。

焊接裂纹有横向裂纹和纵向裂纹两种，其中纵向裂纹为可见典型裂纹断口，带圆弧的光滑自由面，有时有氧化物，电子探针发现没其他夹杂物。预防措施为：

1冶金因素

控制焊缝中S、P、C含量，是提高抗裂性、减少结晶裂纹的有效措施。在焊管生产中，选择合适的焊丝、焊剂，有效控制其S、P、C含量，使减少焊缝纵向裂纹的有效措施。

2接头坡口形式 合适的焊接坡口是减少焊接裂纹的有效措施，当卷板较厚，板位控制难时会增加裂纹成形几率，提高对头质量，尽量使钢管在成型过程中产生较小的残余应力，能减少结晶裂纹。

3工艺因素

减少热输入，能在焊缝中形成较小晶粒尺寸组织；降低焊接速度，可以使晶粒的端部并列长大挤压在一起，避免偏析集中；此外宽焊缝相对窄焊缝能防止晶粒长大直接鹏在一起，避免偏析集中。

焊接横向裂纹，其走向垂直于焊缝，具有沿晶和穿晶特点，预防措施为：

1冶金方面

1）要保证板材优良的力学性能，保证强度和韧性要求，尽量减少钢中杂质；

2）尽量选用低氢和高强度、高韧性的焊接材料，选用合适的焊丝、焊剂匹配，严格清理焊丝和焊接区域，烘干焊剂。

2工艺方面

1）焊接线能量过大，会使近缝区晶粒粗大；线能量过小，会使热影响区淬硬，这些都导致横向裂纹产生，应选择合适的焊接线能量；

2）预热可降低冷却速度，有效防止横向裂纹产生；

3）焊后延缓冷却可使氢充分逸出，也能防止焊缝横向裂纹产生

焊接是利用加热或加压等手段，使分离的两部分金属，借助于原子的扩散与结合而形成原子间永久性连接的工艺方法。焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊3大类。

焊接方法具有如下优点：

（1）成形方便：焊接方法灵活多样，工艺简便；在制造大型、复杂结构和零件时，可采用铸焊、锻焊方法，化大为小，化复杂为简单，再逐次装配焊接而成。

（2）适应性强：采用相应的焊接方法，不仅可生产微型、大型和复杂的金属构件，也能生产气密性好的高温、高压设备和化工设备；此外，采用焊接方法，还能实现异种金属或非金属的连接。

（3）生产成本低：与铆接相比，焊接结构可节省材料10%～20%，并可减少划线、钻孔、装配等工序。另外，采用焊接结构能够按使用要求选用材料。在结构的不同部位，按强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等要求选用不同材料，具有更好的经济性。

焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。

电弧的构造：焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。

采用直流弧焊机焊接时有正接法与反接法之分，正接是将工件接电源正极，焊条接负极；反接是将工件接电源负极，焊条(或电极)接正极。

用钢焊条焊接工件时，阳极区温度约为2600K，阴极区温度约为2400K，电弧中心区温度最高，可达6000～8000K。

焊条电弧焊时，对焊接电源的基本要求有：（1）具有陡降的特性；

（2）具有一定的空载电压以满足引弧的需要，一般为50～90V；（3）限制适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。短路电流一般不超过工作电流的1.25～2倍。

常用焊接电源的类型有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。

四、焊接冶金过程有何特点？焊接过程中为什么要对焊接区进行有效保护？

焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。因此，焊接熔池可以看成是一座微型冶金炉。但是，焊接冶金过程与一般的冶炼过程不同，主要有以下特点。

（1）冶金温度高：容易造成合金元素的烧损与蒸发；

（2）冶金过程短：焊接时，由于焊接熔池体积小(一般2～3cm3)，冷却速度快，液态停留时间短(熔池从形成到凝固约10s)，各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化学成分不均匀的偏析现象。

（3）冶金条件差：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，极易同金属元素产生化学反应。反应生成的氧化物、氮化物混入焊缝中，使焊缝的力学性能下降；空气中水分分解成氢原子，在焊缝中产生气孔、裂缝等缺陷，会出现“氢脆”现象。上述情况将严重影响焊接质量，因此，必须采取有效措施来保护焊接区，防止周围有害气体侵入金属熔池。

（7）防止强力组对。在球罐组对过程中选用合适的工艺和组装机具，尽量避免强力组对。强力组对将使球罐在焊接前就存在强大的附加内应力，这种内应力在焊后也不可能完全消除。

（8）减小错边和角变形。在错边和角变形存在的部位，曲率发生了突变，所以焊后将会存在强大的残余内应力。

（9）采用合理的焊接顺序。当采用合理的顺序焊接时，整台球罐将同时对称地收缩或膨胀，这样能控制焊接变形，减小焊接残余应力。球罐焊接应遵循先纵缝后环缝，先大坡口后小坡口，先赤道后温带最后极带的原则，而且焊工应对称、均匀施焊。球罐焊缝的打底焊要采用分段退焊法，分段长度为600～700mm。

（10）避免工艺缺陷的产生。咬边、未焊透、长条状夹渣等工艺缺陷部位是应力集中区，这些部位容易产生冷裂纹。

（11）确保封底焊缝的质量，封底焊缝要自上而下焊接，不能采用摆动、为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

3.1控制温度的措施如下：

3.1.1采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中水泥用量；

3.1.2拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；

3.1.3热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

3.1.4在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；

3.1.5规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

3.1.6施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

3.2改善约束条件的措施是：

3.2.1合理地分缝分块；

3.2.2避免基础过大起伏；

3.2.3合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

此外，改善混凝土的性能提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土心早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就在导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著效果。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7—15倍，当内混凝土应力过到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100—200kg/cm.因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与尝试较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数量属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

挑弧、灭弧的施焊方法

目前，砌体结构的房屋出现各种型式的裂缝，非常常见。其裂缝程度轻重不一，差别很大。轻则影响房屋正常使用和美观，严重的将形成结构安全隐患，甚至发生工程事故。随着住宅商品化的发展，房屋裂缝问题越来越引起人们的关注。

砌体属于脆性材料，裂缝的存在降低了墙体的质量，如整体性、耐久性和抗震性能，同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。特别是随着我国墙改、住房商品化的进展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对建筑物墙体裂缝的控制的要求更为严格。由于建筑物的质量低劣，如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多，建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构，特别是新材料砌体结构的抗裂措施，已成为工程量、国家行政主管部门，以及房屋开发商共同关注的课题。

砖砌体结构裂缝产生的原因

1、温差变形引发的砖砌体裂缝

这类裂缝较典型和普遍的是建筑物(特别是那些纵向较长的)顶层两端内外纵墙上的斜裂缝，其形态呈“八”字或“X”型，且显对称性，但有时仅一端有，轻微者仅在两端1～2个开间内出现，严重者会发展至房屋两端1/3纵长范围内，并由顶层向下几层发展。此类型缝对那种刚性屋面平屋顶、未设变形缝、隔热层的房屋，更易发生。产生的直接原因是混凝土结构屋面的伸缩变形牵引其下砖砌体超过其材料抗拉强度的结果。具体的机理可认为是：在阳光照射下(特别是南方地区)屋面板温度可高达60～70℃，而在其下的砖砌体仅为30～35℃，如此大的温差，加上混凝土线膨胀系数比砖砌体近似大一倍，可计算出砌体中的主拉应力。

2、地基基础不均匀沉降引起的裂缝

一般在建筑物下部，由下往上发展，呈“八”字、倒“八”字、水平及竖缝。当长条形的建筑物中部沉降过大，则在房屋两端由下往上形成正“八”字缝，且首先在窗对角突破；反之，当两端沉降过大，则形成的两端由下往上的倒摪藬字缝，也首先在窗对角突破，还可在底层中部窗台处突破形成由上至下竖缝；当某一端下沉过大时，则在某端形成沉降端高的斜裂缝；当纵横墙交点处沉降过大，则在窗台下角形成上宽下窄的竖缝，有时还有沿窗台下角的水平缝；当外纵墙凹凸设计时，由于一侧的不均匀沉降，还可导致在此处产生水平推力而组成力偶，从而导致此交接处的竖缝。对于不均匀沉降导致的裂缝应以预防为主，即无地质勘察资料严禁做施工图设计，严格按图施工，不得擅自更改、任意处理，根据本地区通病，如能在那些开大窗洞的教学楼底层窗台下设置构造圈梁与地梁构成刚度较大的复合墙梁结构，对防止所述裂缝有明显效果。

3、特殊砌体材料产生的裂缝

如混凝土小型空心砌块、灰砂砖等的砌体，前者致裂的主要原因是竖缝砂浆难以饱满以及特殊的构造要求未能跟上。后者一般使用南方地区蒸压灰砂砖，由于其本身对温差敏感、表面光滑等特殊性，虽然外观、尺寸指标均较好，但在实际使用中对严格的灰砂砖砌体施工规程不熟悉，缺少使用经验，导致除存在粘土砖常见裂缝外，还常见在较长墙段中及外墙窗台下的竖斜裂缝。

其机理可以认为：

1、刚出厂的灰砂砖稳定性差。灰砂砖主要由细砂和石灰组成，蒸压养护后，一般不到一周即已出厂，但根据生产经验，灰砂砖在出厂的一月内其释放的热量较大，存在着反复的化学反应过程，而且实际上一时难以完全反应，因此，体积极不稳定。

2、对含水率有苛刻的要求，据有关试验资料和使用经验表明，含水率控制在7%～10%之间砌体可获得较好的粘结力和抗剪强度，否则影响明显。

篇2：焊接裂纹的分析与处理

这次检修焊接合格率出现问题主要是在铬钼耐热钢Cr5Mo和15CrMo上，铬钼钢焊接在我公司并不是新材料的焊接，而是有20几年的历史了，是比较成熟的焊接工艺。但是这次焊接施工不论是预制和安装都出现了大量的裂纹，以往是没有这样的结果的。通过这次的教训的确要总结一些问题来进行分析。

一、从焊接工艺来分析：铬钼钢Cr5Mo和15CrMo在退火状态下是珠光体，而在淬火状态下是马氏体，在焊接时在没有预热和缓冷的情况下焊接熔池快速形成、快速冷却，焊缝组织二次相变就停留在马氏体区间内，大家知道马氏体属于淬硬组织，在冷却过程中受焊接应力作用和时效作用下很容易产生冷裂纹，所以焊前预热，保证焊间温度和焊后缓冷是非常必要的。我公司的铬钼钢的焊接工艺评定规范是没有问题的，15CrMo钢，焊前预热150~200℃，层间温度150~200℃，焊后加热200℃后用保温石棉包裹缓冷；Cr5Mo焊前预热350~400℃，层间温度350~400℃，焊后加热300~350℃后用保温石棉包裹缓冷，再等焊后热处理.这都是铬钼钢常规工艺要求。而我门出现裂纹这么多问题是为什么呢？是执行焊接工艺不严谨而造成的，预热温度焊工应该都是作到了，而层间就没有做到那样严谨，填充盖面时中途喝喝水抽抽烟或中午吃饭放到下午再焊，没有加热也就焊完了，焊后也没有加热缓冷，包裹石棉布也不是很严实等，还有就是流水性作业抢进度，几道焊缝氩弧焊全打完底后再填充盖面焊接，层间温度肯定是不能保证的。这都是造成裂纹的直接原因；要说前期预制对工艺的疏忽，出现焊接裂纹质量问题后，后期现场安装按说已经严格了工艺措施，但还是出现裂纹，我是认为现在安装时还是在加热温度上有偏差，毕竟火焰加热是没有控制温度定量的，也不是每个队伍有测温仪可以用上的，室外的管道加热后，冷却速度也是比较快的，检修期间天气也不好下几天雨，湿度也比较高,造成氢致裂纹。还有些焊接位置比较复杂如水坑下焊接对于连续焊接造成时间延长影响层间温度下降的因素。这都是原因。

二、从焊接材料来分析：焊接材料对于焊接质量影响是非常大的，这次检修铬钼钢前期用热系列焊材，由于返工问题后工期使用奥氏体A307焊条，这在工艺上都是可行的，只是执行工艺到不到位而已。但不同的厂家的产品优劣却相差很大，除操作不当外，焊材造成缺陷程度也不同.记得前年在长炼焊铬钼钢在使用天津金桥焊条，几个公司的焊接合格率都96%以上，不料市场断货后改用珠州的焊条全部合格率都下降在40%左右，缺陷也是很多的裂纹，我们紧急求援自己公司，寄来库存金桥焊条才又使焊接质量提上去，没有改焊条厂家的其他公司质量就是起不来。这说明不同厂家焊材是有区别的，所使用焊接钢材和药皮的制作工艺有差别。这次在催化检修尾期进的A307焊条就有问题，焊接时成型差，还大块大块掉药皮，严重影响焊接质量。建议公司以后对于焊材在进料前作焊接材料鉴定，来选定焊材厂家。

三、从焊前焊件装配分析：前年焦化检修四道15CrMo，直径377mm焊缝，由于焊接盲目进行，没有进行现场焊前分析，焊缝强力组对，焊接工艺也执行也不严谨，结果造成焊缝产生裂纹，以至于泄露。今年检修特别是现场，为了抢进度忽视了组对质量，有些焊缝组对间隙大得撑进手指小又没有缝隙和错边是非常严重的，这给焊工施焊带来极大困难，缝过大容易焊瘤焊穿，产生的冷缩应力也是很大的，在打底较薄时冷却过快很容易产生裂纹；缝隙过小对于铬钼耐热钢用奥氏体焊材作填充钎料是是不利的，增加了母钢在焊缝中的融合比，使焊缝中奥氏体金属和母材之间的熔合区形成一个比较厚而高硬度的含碳化铬的夹层，在冷却过快时就很容易产生应力裂纹，就算是当时合格，在以后长时间在温变作用下，碳化铬晶粒组织和奥氏体晶粒组织膨胀系数不一样，这样两种组织间会产生间隙，也就是裂纹，在交变温差中裂纹会延长，从而减少焊缝服役寿命。错边是焊接应力集中位置，和焊接咬边同时作用下会产生叠加应力，应力峰值可能达到最高，极易使焊缝产生融合区断裂。焊缝在处于临界温度时更加出现无法料到的裂纹。所以对于铬钼钢焊接，无论什么钢材的焊接，焊缝的组对的质量是影响焊接质量的一个重要因素。焊工要对自己的焊缝质量负责，也一定对焊缝有一定的要求，不要再不计后果的焊接，也不要为了抢进度方便了别人可能苦了了自己，让自己的劳动成果白白流失。

四、从焊接环境分析：今年的检修连连降雨，对于铬钼钢焊接很不利的，湿度比较大，加上有风，使焊缝的温度下降较快，焊条吸潮加快，在激烈的焊接冶炼过程中混入的水分子分解成氢、氧离子，而氢离子以游离状态溶入液态金属中，在熔池结晶冷却过程中，氢离子析出聚集在晶界间或缺陷内（如气孔、夹渣空隙内）在冷缩应力下形成高内压，从而造成晶界开裂也就是氢致裂纹，是产生裂纹的一个重点因素。

五、从焊接管理来分析：目前工作中焊接技术管理，焊接质量放在了靠无损检测来保证。当焊接质量出现问题时，焊接人员不会致力于找焊接缺陷的形成原因，如何改进焊接工艺过程等问题，而关心的是检验人员的一句“合格”，探伤人员发现缺陷后，下达缺陷返修通知单，焊工返修后，然后再探伤，如再不合格再返修，直到检验人员认为“合格”为止。至于焊接工艺过程，也不严格执行，外观检验、焊接质量评定等工作有时也无专人负责，实际上已不复存在。监督部门一直要求的无损检测制度虽一直严格执行，但起到的“保证焊接质量”的作用却不尽人意。

传统的焊接质量评定是以无损检验一次合格率作为唯一的标准。然而对于目前正在大量应用的耐热钢而言，由于其焊接裂纹倾向大，焊缝和热影响区性能对工艺敏感性大，因此对焊接接头合格率除包含无损检验一次合格率外，还应包含“使用性能合格”，也就是说，即使该焊缝当时合格了，并不能说明焊缝的内部力学性能达到要求，而使用性能的合格是以焊接工艺作为技术支持的。因此在实际焊接过程中焊接人员要严格执行焊接工艺规定。综上所述仅靠无损检测来保证焊接质量根本行不通，加强焊接技术管理工作势在必行。

这次石化老催化检修，发生了焊接工艺进行操作的不严谨，铬钼钢的焊接大量出现裂纹。

而催化塔201的焊接，复合板焊接，焊接不当也是很容易在覆层马氏体不锈钢侧出现焊接裂纹的，尽管是第一次接触复合板焊接，但由于管理者和焊工都从思想上予以了高度重视，并严格按照工艺要求进行操作，一次合格率达到100%。由此可以看出同是一项工作，焊接技术管理工作加强了，在同等无损检测的条件下，焊接质量有天地之别。诸如此类的问题在同一个工程中也体现得很明显。如某个部件焊接过程中管理到位，一次合格率随之提高，反之一塌糊涂。因此加强焊接技术管理工作，对焊接质量的提高有着重要的意义。

六、从焊接人员来分析：改制的波动和人事体制及待遇问题造成了我公司人才的流失与不足。前几年低谷期人才的流失以及后备力量补充不足致使在近期工程安装和检修工作进行时，焊接技术人员和焊接特殊金属焊工的短缺。，说起来有60~70名焊工，其中有气焊三分之一，合同工三分之一，和不在岗位上的工作的焊工和学徒，但真正能够独当一面的只有上十个。由于人手的不够，加上工程繁忙，焊前培训很难做到，往往以干代训或外聘焊工。加上焊工的待遇一直没有体现特殊工种价值，对于工作都有一种消极的态度，有事就做，不积极认真对待工作中出现的问题。

七、针对这些实际工作当中存在的问题，我认为焊接工作应从如下几方面入手：

1、焊工的培训：

1）

意识方面：加强焊接人员的技术培训同时，也要增强其责任心，提高其自身素质，把所加工产品质量与个人的荣誉结合起来。焊接人员还应多参加焊接分析会，查找焊接缺陷的产生原因，改进焊接工作，促进焊接的技术革新和技术攻关。还有关键的是提高焊接人员的待遇。

2）

操作方面：要使每个焊接人员认真学习焊接操作技能，并要在以后任何环境要对自己所掌握的操作方法并按焊接工艺要求严格进行。

焊接人员并不是焊完了事，必须对自己每道焊缝认真对待，焊前对焊缝的组对间隙要求要严格，影响焊缝质量的组对，焊工要及时提出返工，直到可保证质量要求为止、焊道焊前必须严格清理除锈除污、焊条的严格选用型号和控制干燥度；焊接过程中严格使用焊接参数，严格操作方法，焊渣的清理，如有缺陷马上处理；焊后对焊缝外观进行自检，并进行表面清理。

3）

近期特别要针对耐热钢的焊接培训中，既要培训提高焊工的操作工艺，又要给焊工灌输并理解执行焊接工艺的必要性和重要性。查找焊接过程中存在的缺陷，改进焊接工艺，使受训焊工在焊接理论、焊接技术上有一大的飞跃。

2、焊接技术人员：发挥其的作用，在过程管理中发挥更大的指导和监督作用，不断加强焊接工艺和焊接过程的工作。

3、焊接过程管理：

从过去“焊后”的无损检验唯一标准，转变为“前、中、后”，也就是说： “焊前”准备工作的监督如：焊接材料的选用和控制，焊接环境的控制，焊件的组对控制，焊接前工艺的宣传等； “焊中”过程如：执行焊接工艺的过程是否执行或脱节，是否严格按照焊接操作方法，无达到施焊要求就施焊等；“焊后”对外观的检验，无损检验等

篇3：焊接裂纹的分析与处理

20MnMo锻件材料在冶金石油化工压力容器制造中的应用越来越多,2006年我们为某钢厂制造氧气球罐设备,壳体材料为15MnNbR,厚度为52mm,壳体上进出气孔等补强接管材料为20MnMo,厚度为25mm。在焊接插入式接管与球壳板之间熔透角焊缝时,在靠近插管侧焊缝开裂。为此,我们对裂纹进行了分析。

1化学成分及力学性能分析

20MnMo锻件的化学成分见表1。15MnNbR钢板的化学成分见表2。20MnMo锻件的力学性能见表3。15MnNbR钢板的力学性能见表4。

2裂纹特征分析

熔透角焊缝的开裂点位于插管与球壳板焊接的外角焊缝上,并靠近插管侧熔合线,裂纹开裂时焊缝并未完全冷却,基本可以判断裂纹属于热裂纹,裂纹呈严重内穿现象。

在插管处取样进行化学成分分析,其结果见表1、表2中的复验值。为了比较,在表1、表2中同时列入20MnMo锻、15MnNbR钢的标准成分和材质证书提供的化学成分值。通过比较发现,15MnNbR钢板的化学成分的复验结果在标准值及材质合格证规定范围内;20MnMo锻件的化学成分复验结果中,碳的质量分数为0.25%,大于标准规定的上限0.23%,锰的质量分数为0.77%,小于标准规定的下限1.10%,铬的质量分数为1.15%,大于标准规定的上限0.30%。

从正火钢的成分看,一般含碳量较低,而含锰量较高。S在钢中含量过高会引起热裂纹,压力容器用钢标准要求S的质量分数≤0.015,根据焊接冶金学,热裂纹的产生倾向主要和Mn/S比有关[1],因此Mn/S比能达到要求,就具有较好的抗热裂性能,正常情况下焊透中不会出现热裂纹。从本球罐采用的20MnMo锻件的化学成分复验结果中可以看出,碳含量超过标准规定上限,同时也存在碳的偏析,锻件各部分含碳量相差较大,Mn含量远低于标准值的下限值,必然Mn/S比会下降,因此在焊接应力较大的角焊缝时容易出现热裂纹。铬含量更是远大于标准规定的上限值,铬元素超标,在焊接时如预热温度不够会促进马氏体的形成,使20MnMo的淬硬性增大,形成淬硬组织,在Cr-Mo元素的共同影响下,会造成淬硬性脆化裂纹,敏感温度区间在Ms点附近,该裂纹可以无氢诱发,只要焊接应力大,就可能焊后立即开裂,裂纹走向在焊缝上。此次裂纹即在焊缝上,并且靠近20MnMo熔合线附近。

3焊接工艺分析

接管与壳体焊接坡口的结构型式见图1。如果组装插管时间隙较大,焊接时,由于焊缝层间温度控制不得当,必然会引起急剧收缩,造成较大焊接应力。根据现场了解,当时组对间隙为4mm～5mm,这样必然造成焊接应力集中。

焊接工艺参数根据工艺评定确定,焊接电流、电压及线能量均符合要求,但没有考虑控制焊接预热温度及层间温度,预热温度不仅仅依靠钢材淬硬性倾向确定,还应根据实际施工中焊缝的具体位置确定,以避免焊缝急剧收缩,造成焊接应力集中。

4返修处理

(1)将接管(20MnMo)更换,重新订制新材料,重新在毛坯上取样复验,合格后进行机加工,间隙2mm。

(2)焊条采用CHE557(E5515—G),施焊时应预热和严格控制线能量输入(42kJ～50kJ),根据JB/4709-2000中推荐的预热温度及现场的实际经验,确定焊接预热温度150℃,预热方法采用火焰法,加热坡口两侧100mm左右,力求预热温度上升均匀。

(3)接管装配前应将坡口打磨光滑,清除氧化皮,保证坡口间隙均匀。

按以上工艺焊接完毕后,采用超声波检测,达到Ι级,保证了焊接质量。

5结论与建议

(1)从化学成分分析可知,20MnMo锻件的含碳量、含铬量均高于标准规定,含锰量低于标准规定,因此在焊接冷却过程中,造成碳元素偏析,形成淬硬组织,Mn/S比例下降,形成再热裂纹倾向,同时由于预热温度未达到150℃、组对间隙超标,造成焊接应力进一步增大,以上因素叠加则形成熔合线附近脆性增大,具备了产生裂纹的条件,造成淬硬性脆化裂纹的产生。

(2)在焊接拘束度高的部位时(如接管、人孔),严格保证组对间隙。

(3)压力容器锻件材料应严格按《压力容器安全技术监察规程》验收,确保各种化学成分均符合国家标准规定。

(4)采取焊前预热,预热范围为焊缝两侧不小于100mm,预热温度≥150℃。

(5)严格控制层间温度。

通过以上措施,确保了该两种材质熔透角焊缝的焊接质量。

参考文献

篇4：起重机齿轮盘接手裂纹的焊接修复

关键词：焊接工艺；铸钢件；裂纹；电弧焊；焊接修复

前言

在为某钢铁企业重型铸造起重机的维修过程中，检查发现其卷筒齿轮盘接手铸钢件（单件重2760kg）表面有两处裂纹，裂纹长度约52mm，最大深度12mm左右，位置如下图所示。

根据检测数据，经过相关专家研究评审，决定采用电弧焊焊接方法对卷筒齿轮盘接手铸钢件裂纹进行修复。

1.焊接性分析

卷筒齿轮盘接手材质为ZG340～640，含碳量为0.52%～0.62%，属中碳钢，强度和硬度高，塑性和韧性低，焊接性差，因此在修复裂纹的同时，还要注意防止产生新的焊接冷裂纹，修复后的性能可通过选用焊接材料和合理的工艺措施来保证。

2.焊接材料的选用

根据现场实际情况，选用手工焊条电弧焊焊接方法，焊接材料的选用对于焊接质量来说至关重要，低氢型焊条有一定的脱硫能力，熔敷金属塑性和韧性良好，扩散氢含量少，无论对热裂纹或氢致裂纹来说，抗裂性均较高。而ZG340～640 含碳量较高，焊接时容易产生裂纹，因此选用塑性、韧性好，含氢量低，抗裂性能好的低氢焊条。由于起重机卷筒齿轮盘接手工作中处于频繁动载荷，修复部位要求焊缝与母材等强，因此选用J607低氢钠型药皮的低合金高强度钢焊条。

3.焊接修复工艺

3.1 焊前准备

3.1.1 首先确认卷筒齿轮盘接手铸件裂纹的长度，查清裂纹的走向、分支和端点所在位置，清除裂纹缺陷，为防止裂纹扩展在裂纹端部钻止裂孔φ5mm，深度比裂纹所在平面深2mm；为了保证裂纹接头焊透和良好成型，将裂纹处开成45°～ 55°的V型坡口，深度为超过裂纹2mm。

3.1.2 对卷筒齿轮盘接手铸钢件裂纹所在的部位进行清理，彻底清除裂纹部位及其周围30mm范围内可引起产生缺陷的水分、油、锈等杂质，使其露出金属光泽。

3.1.3对卷筒齿轮盘接手铸钢件焊接修复部位进行磁粉探伤，以确认没有裂纹和其他缺陷的存在，确认缺陷清理质量合格后准许焊接修复。

3.1.4 焊条经350℃烘焙1小时，烘干后要置于100℃～150℃保温筒内，随用随取。

3.2 焊接修复操作要点

3.2.1 在卷筒齿轮盘接手外圆下六点垫平，以防止修复过程中结构产生变形。焊前对卷筒齿轮盘接手铸钢件焊接修复部位及其周围200mm处进行局部火焰预热，温度范围为200℃～250℃。

3.2.2 焊材：J607焊条 焊材规格：φ4mm 焊接电源：直流反接 焊接电流：140～180A施焊

由于碱性焊条在焊接过程中不易操作，焊缝易出现气孔，因此要求引弧要在工艺板上，电弧稳定后再进行缺陷的焊接修复；焊接时要连续施焊，中间不得停留，灭弧时电弧不能拉长，必须压弧后迅速灭弧，弧坑应尽量小，避免弧坑出现气孔和裂纹；焊接时焊接电流不宜过大，采用短弧焊，焊条摆动不宜过宽。

3.2.3 多层焊的前几层焊缝采用小电流，慢焊速，以减小母材的熔深，中间焊层可采用较高的线能量，完成最后一道或几道盖面焊缝尽可能全部熔敷在前一层已熔敷的焊缝金属上，使处在母材中的热影响区受到回火作用，降低该区硬度和脆性，防止焊后产生裂纹。焊接修复过程中，控制层间温度在200℃左右，以降低焊缝及热影响区冷却速度，从而控制马氏体的形成。

3.2.4 各焊道之间必须清理干净焊渣，对不平整的焊道用角磨修整；焊接修复时要严格控制各焊道排列平滑，堆焊方向交错进行，焊接修复堆层高出铸件表面3mm。

3.2.5焊接时为防止残余应力的存在产生裂纹，必须边焊接边用手锤锤击焊道，注意不要锤击焊缝边缘。

3.3焊后热处理

焊后要及时对卷筒齿轮盘接手焊缝部位进行局部消除内应力处理，用氧乙炔火焰将焊缝及其周围100mm范围内加热到350℃～420℃，保温30分钟，然后用石棉布保温缓冷进行去氢处理防止裂纹产生，待温度降到室温后再将保温材料移开。

4.焊后检验

品质部检查员对卷筒齿轮盘接手铸钢件修复部位进行了无损探伤和硬度检查，经过100%超声波探伤，未发现裂纹、气孔等焊接缺陷，用里氏硬度计对焊接区进行硬度测定，硬度符合相关要求，裂纹修复质量完全合格。

5.结论

应用科学合理的焊接工艺，采用电弧焊焊接修复大型铸钢件裂纹缺陷，修复时间短，经济效益和社会效益高。

参考文献：

[1]张文钺.焊接冶金与金属焊接性.北京：机械工业出版社，1988

篇5：焊接裂纹的分析与处理

摘 要：当前，随着我国社会和经济的快速发展，人口不断增加，我国社会对能源的需求逐步增大，然而实际上我国的能源资源十分有限且分布不均，管道作为能源运输的主要载体，管道安全已成为十分重要的问题。近年来，我国长输管道在实际运用过程当中出现了诸多的问题，其中焊接裂纹是常见且影响深重的问题之一。本文对影响长输管道焊接裂纹的因素进行了探讨，并对防止管道焊接裂纹提出了相应的对策。

关键词：长输管道；焊接缺陷；裂纹；控制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.104

社会经济的发展使得人们越来越依赖天然气资源，因此，就需要加强天然气的管道建设。为了让天然气输送得到更多的保障，就应该提高管道施工质量，而在管道施工中，焊接质量又是一项重要技术工艺，焊接质量的好坏直接决定管道的安全与否，所以，应该加强对天然气施工焊接的质量控制，从而提高天然气施工的整体质量。长输管道施工的焊接裂纹及影响因素分析

长输管道焊接中的裂纹主要由焊接工艺、组对或受环境影响导致根焊道温度变化不满足焊接质量要求而产生的焊接缝隙或裂开隐患。天然气长输管道焊接裂纹主要包括热裂纹、冷裂纹、再热裂纹以及层状撕裂。天然气长输管道中较常见的为热裂纹和冷裂纹，其主要影响的因素如下：

1.1 焊接方法的影响

长输管道中较为常用的焊接方法是手工下向焊和自动、半自动焊接等，焊接工艺和质量是决定管道焊缝裂纹的首要因素。其中，手工下向焊工艺具有劳动强度低，效率较高，焊接质量也较好的优点，但也存在受焊接环境和操作者的实际操作技能水平限制等缺点，焊口质量难以达到预期目标而产生裂纹；自保护半自动焊工艺具连续送丝、不用保护气体、抗风能力较强、焊工易操作等优点，但也存在着不能进行根焊，盖面焊焊层中容易产生气孔等问题.综合来看，在条件允许的情况下采用半自动和自动焊接可以有效减少因焊接能量不均、温度不稳定而带来的焊口热影响区晶间组织粗大不均而带来的焊接裂纹。

1.2 外界环境对焊接质量的影响

（1）流动性施工的影响。施工作业点随着施工进度不断迁移，焊接作业于是也就处于一个流动的状态，这与工厂的生产相比，它增加了施工管理难度，对于质量管理，安全管理等方面的问题产生一些困难。

（2）地形的影?。多种地形对于管道管道组对施工场地布置等影响较大，对于管道焊接中的应力和焊后热处理带来一定影响。天然气长输管道焊接裂纹防范对策

2.1 长输管道热裂纹的控制措施

热裂纹是焊缝和热影响区内的金属冷却，在高温间隔期内产生裂纹，它是一种不允许存在的最危险的焊接缺陷。因此，需要采取的避免热裂纹的措施主要有：调整焊缝金属的化学成分，以改善焊缝金相组织，细化晶粒，并提高塑性以减小或分散偏析程度；可以采用碱性焊接材料，降低焊缝中杂质的含量，改善偏析程度；合理选择焊接工艺参数，适当提高焊缝成形系数。当断弧时，采用了与母材材质相同的引出板或逐渐熄弧，并填满弧坑的措施，这样可以避免了在弧坑处产生热裂纹。

2.2 长输管道冷裂纹的控制措施

焊接接头冷却后产生的裂纹称为冷裂纹，其较为常见且具有很大的危害性。防止焊接冷裂纹的控制措施：清除焊前焊件的油污以及水分，以减少焊缝中扩散氢含量；可以选择低氢焊条，在烘烤说明书的规定下严格按照说明使用；选择合理的焊接工艺参数和热输入，减少小焊缝的淬硬倾向；对于淬硬倾向高的钢材，需要在焊前进行预热，焊后及时进行热处理，这样以改善接头的组织和性能；采取减小焊接应力的各种工艺措施。

2.3 优化长输天然气管道焊接工艺

（1）优选焊接中的工艺参数。对于天然气长输管道焊接裂纹的控制，应在焊接工艺性能评定基础上制定统一管道焊接工艺，对影响焊口裂纹的关键因素如焊前准备、管口净化、组对、焊材、熔深、熔宽、坡口等进行严格控制，减少因焊口晶体组织和应力产生焊接裂纹。

（2）优化焊接技术。在长输管道焊接中，环境及焊接操作供需都会影响焊接质量，导致焊接裂纹的发生。针对风力较大恶劣自然环境地区焊接中，需要在焊接中，应用药芯焊丝焊接，半自动下向焊接管道；在焊接过程中适当提高手工焊条的烘干温度及制定细致的防风保温措施，减少氢含量聚集产生裂纹隐患。

（3）加强焊接管理。对于长输管道焊接，减少焊接裂纹的因素，加强对焊接人员的管理，首先焊工要持证上岗，可以熟练操作焊接机，而且还掌握了焊接要点，需要焊接人员必须具有高度的责任感，焊接管道和配件的每一步都可以根据仔细操作的要求，以确保长输管道接口的焊接获得合格的标准。

（4）选择合理的焊接顺序。焊前注意管口预热，控制打底焊与第二道焊接的时间，减少热影响区晶体不均；在焊接工艺规范的范围内，选择较大焊接线能量来减缓焊缝的冷却速度，有利于氢的扩散。

（5）通过焊接预热减少焊接接头缺陷。对于焊接来说，它一旦出现问题，那么对整个管道的焊接质量而言，都会造成很大的影响，在对焊接质量的评定当中，其中最重要的就是对接头的质量评定。对焊接接头的质量进行评定，不仅对它缺陷的性质、大小和危害程度进行观察，还要根据相关的标准规范来进行，要保证焊接接头不存在裂纹，对于天然气管道的正常运行来说，这也是非常关键的一步。经过实践发现，为了避免产生裂缝，使用低氢焊条会取得很好的效果，这是一种非常有效的方式，这也是对焊接接头存在原因不断分析的结果，但是因为这种方法对焊接的要求很高，所以也没有得到普遍应用。因此，本文建议对焊接接头进行预热处理，但是在对焊接接头进行预热时，也应该根据相关的规范标准来进行，一般来说，温度应该要高于50℃，这样才不会产生裂缝。

（6）为确保管道准确对口，应该使用对口器。对于焊接质量来说，它还与管道对口有着十分重要的关系，因此，为了确保管道准确对口，应该使用到对口器，对口器不仅能准确对口，而且还能保证对口周围均匀受力，从而避免对口发生错边，严密均匀的对口就能够让焊接质量有所保证。

（7）强化焊接过程的监督。施工单位要严格按照设计要求和图纸进行施工，监理单位也要尽职尽责对施工单位进行监督与管理。假如在施工过程中出现了预期之外的问题，需要对图纸进行更改，那么就需要结合设计单位联合对图纸进行变更并请主管部门进行审核，主管部门同意之后才能够继续继续进行施工。

（8）设立专职的焊接安全人员。在长输管道每次带气焊接作业时，都必须有一名专职的安全员。安全员要做好现场勘察，检查所开挖的工作坑是否满足施工要求，若工作坑达不到要求时，要立即整改；安全员还要划定晚间作业处的安全范围，确定警戒线的设置位置；同时要以书面形式通知当地公安消防部门和燃气供气管理部门，告知燃气管道带气碰口接驳作业的具体时间和具体位置；安全员还要在工作前必须检查安全用品是否齐全，是否可靠；在作用现场必须针对本次工作做安全技术交底。另外，安全工作人员还要加强对安全标志的设立以及管理，在市政管道容易发生危险的地方设立警示标志，提升其他施工人员禁止在此进行作业。

（9）强化管道焊接过程中的质量管理，落实责任制。在实际焊接工作中，施工企业还要加强对管道焊接过程中的监督与管理，确保工作人员严格按照企业的相关管理制度开展工作。实际工作中，企业要将责任落实到每一个员工身上，并且可以适度的增加奖励与惩罚的力度，以便于消除员工的消极怠工心理，促使其?F结一致、克服工作难点，从而保证在工期内完成建设目标。另外，还要提升施工人员的专业素养。①施工人员是工程的直接执行者，他们的专业技能水平对工程质量有很大的影响。所以，企业要加强对员工培训的次数与力度，并使施工人员能够在施工工作中对学到的知识进行实践，提升其专业技能、沟通能力以及协调组织能力。②企业要健全人才培育和印记机制。企业的成功最终是企业用人的成功，所以建筑企业要不断地向企业中引入高素质高水平的专业人才，提升企业管理队伍的整体素养，促进工程项目管理水平的增长。

（10）制定并健全应急措施。鉴于长输管道的特性，设立应急措施来作为保证长输管道管道焊接安全的补充措施是非常必要的，应急处置的目的是最大限度的减少人员和财产的损失，提升市政燃气管道焊接作业的安全性。结束语

长距离输送管道是国家能源安全的重要保证，在大范围的地区，高压输送介质压力大，可燃性高，一旦泄漏可能会造成巨大的灾难性后果。因此，保证长输管道施工中裂缝的安全技术质量和控制措施是一项长期而艰巨的任务。随着焊接技术的迅速发展，研究人员应进一步研究新的焊接技术，以保证焊接质量的进一步提高，保证天然气管道的正常运行。

参考文献：

篇6：焊接裂纹的分析与处理

一、工艺焊接情况

8月1日工艺施工拍片441张返片37张,合格率91.6%。其中夹渣占24.3%，气孔及气孔群占59.5%，未熔合占16.2% 球罐工艺7月27日和8月2日共拍片248张，返片20张，合格率91.9%。其中气孔和气孔群占60%，未熔合占40%。具体情况如下：

8月1日焊接返片情况

区域QGQGQGQGQGQGQG管线号FL-7101/2LPG-7109LPG-7106LPG-7108FL-7102/3FL-7102/4LPG-D814口号2773267221433-5焊工HK03HK03HK03HK03HK05HK05HK23焊工朱纪成朱纪成朱纪成朱纪成宋海龙宋海龙渠雪军单位***604604规格219*789*5.589*4.589*4.518*318*3108*5检测数量不合格数检测结论6 2返修6 3返修3 2返修3 3二次返修3 3 返修3 3返修6 4返修备注未熔合气孔气孔气孔群未熔合未熔合气孔日期***2072707270727 球罐工艺7月27日和8月2日焊接返片情况

二、分析原因

1.近期探伤的焊口，很大一部分为今年4-5月份焊接的固定口，因为4-5月份现场风大，固定口位于空中，防风难度较高，部分焊口以出现气孔。

2.焊口打磨时可能存在疏忽，导致未打磨干净，影响探伤质量。3.目前现场焊条烘干房设备较少，尤其是烘干设备，需要领用焊材的人员多，需要量大，可能存在焊材未烘干完全到位的情况，进而影响焊条使用后的焊接合格率。

4.目前现场仍存在个别焊工在微风的情况下，防风意识不强，氩弧焊焊接未做好防风措施。

5.目前天气炎热，湿度大，现场施工焊工容易中暑，本身状态不佳，焊接时易出现失误。

三、处理方法

1.需要加强现场焊接人员的质量意识，氩弧焊焊接必须做好防风措施； 2.设立新的焊条烘干房，减轻目前现场焊条烘干房的负担，保证焊条的烘干领用；

3.天气炎热，加强对焊工的关心，现场准备好淡盐水、藿香正气水等防暑降温的饮料，安排焊工合理休息，保持状态；

4.对于焊接时有问题的部位，认真打磨处理； 5.对于已出现探伤不合格的焊口，及时返修。

中国石油一建锦西项目

篇7：焊接裂纹的分析与处理

在修船、造船及海洋钻井平台的建造过程中, 受种种因素的影响, 焊接结构常会出现焊接裂纹, 直接影响了其正常使用, 甚至还缩短了其使用寿命。目前, 在船舶结构焊接领域, 加工制造企业常采用气体保护焊和埋弧焊等方式进行焊接。这些焊接方法虽然具有高能量、高效率、低成本等优势, 但极易在焊缝中心造成结晶裂纹, 焊接质量不高。因此, 如何加强对焊接过程的控制与管理, 尽可能地减少结晶裂纹是生产加工企业人该认真思考的问题。

1 结晶裂纹

从本质上来说, 结晶裂纹属于热裂纹。焊缝金属在结晶时, 如果其结晶温度与其故相线温度基本一致, 则金属就会在凝固作用的影响下发生剧烈收缩, 且此时残余的液相不足以分担其作用力, 导致拉伸应力过大, 最终出现结晶裂纹。结晶裂纹主要出现于碳钢焊缝中, 其原因主要在于碳钢本身杂质较多, 凝固收缩反应较为剧烈。结晶裂纹通常分布在焊缝金属上, 只有少数分布于焊热影响区。

2 结晶裂纹形成机理

结晶裂纹的形成机理主要包括拉伸液膜卢纶、收缩脆性理论、剪切液膜理论和应变理论等。对于船舶结构中使用的低碳钢和低合金高强钢焊接结晶裂纹的形成机理, 多数研究者更倾向于拉伸液膜理论[1]。低碳钢和低合金高强钢中的S、P、Si、Ni易形成低熔点共晶, 在焊缝金属结晶的最后阶段于固相晶体间出现一层液态薄膜。这种液态薄膜的强度极低, 因此在应变时较为集中, 但同时也存在应变能力差、塑性低、拉应力弱等问题。

焊缝结晶裂纹的形成必须同时具备下列三个条件:①在焊接熔池金属中必须存在一定数量的低熔共晶体, 这主要取决于母材和焊接材料中的杂质和易形成低熔共晶体的合金成分含量以及熔池的过热程度;②焊接熔池的形状和结晶方式可使低熔共晶体封闭在柱状晶体之间;③焊缝金属在结晶过程中经受相当速率的应变, 而应变速率的大小由熔池的体积、焊件形状、接头形式和壁厚所决定。

3 影响结晶裂纹产生的因素

3.1 合金元素对结晶裂纹的影响

在影响结晶裂纹产生的诸多因素中, 合金元素是最主要因素, 它一方面影响着脆性的温度分布区间和合金的塑性大小, 另一方面对合金的变形增长率也有一定影响。

①Mn:Mn具有较强的脱硫作用, 其脱硫效果较好。因此, 为了预防因硫引起的结晶裂纹, 技术人员可以尽可能地提高Mn/S的比值。但当碳含量过高时, 即使增加Mn/S的比值, 也无法起到防裂纹的作用。因此, 在加工过程中, 必须严格控制焊缝中P的含量。②Si:少量的硅能够起到清除结晶裂纹, 保证船舶结构使用安全的作用。但当硅含量过高时, 焊道内就会产生大量硅酸盐杂质, 客观上给结晶裂纹的产生提供了有利环境。③S、P:S、P元素作为影响结晶裂纹的主要元素, 一旦其含量增高势必会增大其脆性温度区间, 增大裂纹产生的可能性。同时, 容易产生偏析作用, 导致结晶过程中液态薄膜的出现。④C:碳元素是造成结晶裂纹产生的直接原因, 它不仅影响着结晶的温度变化区间, 还加剧了硫和磷元素的有害作用。若焊缝含C量超过0.16%, 热裂倾向骤然增大。

3.2 工艺因素对结晶裂纹的影响

①焊接线能量:焊接热能量直接影响着晶粒的大小和晶内偏析程度。当线能量增大时, 其偏西程度就相应降低。当晶粒变化达到临界点时, 金属材料就会产生一种熔点共晶体。另外, 在线能量增加的同时, 其晶粒的强度和塑性也会急剧下降, 增大其裂纹敏感性。②工件的坡口形式:埋弧焊焊接方式的坡口加工角度过小, 导致其融合比增加, 焊道金属在高温的作用下会产生大量杂质。另外, 根部焊道的形状系数也会随之减少, 导致杂质浓度升高, 焊缝中心线偏析, 出现结晶裂纹。

3.3 应力因素对结晶裂纹的影响

对中厚板而言, 钢板厚度与其刚度存在正相关关系, 即钢板厚度越大, 其刚度也相应变大, 同时变形后的焊接应力也越大。压力容器筒体卷制和组装过程中造成的外应力, 将在焊缝的焊接过程中产生较大的拘束应力。这些应力增大了结晶裂纹产生的倾向。

4 防止结晶裂纹产生的措施

4.1 控制焊缝金属成分

焊缝材料直接决定着焊缝技术的组成成分, 同时也容易在刚才化学成分的影响上出现变化, 并发生一些化学反应。因此, 技术人员必须严格控制焊缝的金属成分, 尤其是S和P的含量。其中, 焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝含C量应小于等于0.12%。在焊高合金钢时, S、P<0.03%, C<0.03%[2]。

4.2 调整焊接工艺

4.2.1 改变焊接方法

预埋弧焊相比, CO2保护焊的稳定性和安全性更高, 它有效地减少了焊缝材料中杂质元素对焊缝金属的影响。目前, 这一焊接方法已经被广泛地应用至焊接加工领域, 取得了良好成效。但这种焊接方法也存在一些问题, 如焊接力度不足, 直接影响了打底焊效率。

4.2.2 控制焊接线能量

在实际加工时, 焊接电流的稳定性较差, 且总是偏大, 直接造成线能量值过高, 损害了结晶组织的正常形态。因此, 无论采用哪种焊接方式, 技术加工人员都必须采用小电流作业, 以有效防止结晶裂纹的出现, 并控制其裂纹范围的进一步扩大。

4.2.3 控制成形系数

成形系数就是焊缝熔宽和熔深之比, 其数值大小直接影响着成形的最终质量。当成形系数大于或等于1时, 最容易出现结晶裂纹, 此时合金的塑性和韧性较差。因此, 为解决这一问题, 技术人员通常会采用CO2焊作为打底焊道, 这就极大地减小了成形系数。另外, 增加坡口角度也可以有效防止裂缝的出现。

4.2.4 降低焊件刚度

高温区金属强度取决于晶间强度和晶内强度的共同作用。对于沿晶分布的结晶裂纹, 晶间强度更为重要。当焊缝承受的拉应力超过晶间强度时, 就会产生裂纹。所以适当的降低焊件刚度, 可以减少结晶裂纹的产生。

4.3 改变焊接接头的坡口形式

改变坡口的形式和角度, 减小钝边尺寸, 可以有效减小熔合比, 采用碳弧气刨背面清根时, 应扩大根部焊道的宽度。

4.4 改变根部焊道的焊接方法

由于埋弧焊线能量较大, 焊缝根部容易出现结晶裂纹, 所以可以采用焊接线能量较小, 并且不影响生产效率的焊接方法, 如焊条电弧焊, 进行焊缝根部的打底焊。焊条电弧焊焊接线能量较小, 熔深浅, 熔合比小, 成形系数大, 降低了根部熔池金属的稀释, 减少了焊缝金属的有害的杂质元素, 使结晶裂纹开裂的机会减少, 并且焊条电弧焊打底焊后焊缝根部变宽, 可以使埋弧焊进行焊接时成形系数变大。

综上所述, 在加工制造过程中, 所有的工艺因素均对熔池的冶金产生影响, 其目的都是改善熔池的冶金条件来降低裂纹倾向。因此在施工过程中, 技术人员可以积极采用这些措施进行裂纹预防, 降低结晶裂纹的出现概率, 从而保证工船舶焊接工程的质量和进度。

摘要：焊接结构中焊接裂纹经常出现, 其中结晶裂纹是最容易产生的一种裂纹。本文介绍了焊接结构中结晶裂纹产生的原因, 并提出了有效的预防措施。

关键词：结晶裂纹,形成机理,影响因素

参考文献

[1]李宏微.试论船舶焊接工作管理[J].中国新技术新产品, 2012 (07) .

[2]周洋.焊接技术在船舶建造中应用的探索[J].黑龙江科技信息, 2010 (25) .

[3]陈家本, 郑惠锦, 朱若凡, 顾长石.中国船舶焊接技术进展[J].焊接, 2007 (05) .