什么是焊接裂紋？



焊接裂紋是焊接件中最常見的一種嚴重缺陷。在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。

它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特征。裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷。

焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過程中。

焊接裂紋產(chǎn)生的原因有哪些？

焊縫在焊接當中開裂有以下原因：應(yīng)力、拘束力、剛性、化學(xué)成分、焊縫預(yù)留的間隙、電流、焊道、母材清潔度等。這些因素都可能是造成焊縫開裂。

雖然焊縫開裂原因很多，但在不同場合是多種因素造成，也有兩種或三種因素造成的。但不管幾個因素，其中必有一個主要因素。也有各種條件都沒有什么影響，只受一個因素造成焊縫開裂。

因此出現(xiàn)焊縫開裂必須首先正確地分析出開裂的主要因素和次要因素，根據(jù)造成開裂的主要、次要因素采取相應(yīng)措施進行解決。

焊接過程形成的焊縫是焊條和母材兩者經(jīng)過電流高溫熔化后形成焊縫，是焊條和母材由固體變成液體，高溫液體是熱脹，冷卻變成固體是收縮。由于熱脹冷縮，自然使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力。有些焊接結(jié)構(gòu)本身就存有拘束力和剛性。

焊接過程是由固體變成液體，也就是由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)（通常說鐵水），再由液態(tài)變成固態(tài)，也就形成焊縫。液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)（也就是鐵水轉(zhuǎn)變成晶粒）。鐵水變成晶粒的過程就是結(jié)晶過程。

母材溫度低的位置先開始結(jié)晶，逐漸向焊縫中間位置伸展，焊縫中間最后結(jié)晶。由于熱脹冷縮的作用，焊接結(jié)構(gòu)受應(yīng)力或拘束力或剛性的影響，使母材晶粒連接不到一起，輕者在焊縫中間出現(xiàn)小裂紋，重者在焊縫中間出現(xiàn)明顯的裂縫。

即使母材和電焊條的化學(xué)成分都好，受焊接結(jié)構(gòu)的拘束力、剛性和焊接過程產(chǎn)生的應(yīng)力影響，也會出現(xiàn)裂紋或裂縫。

如果母材和電焊條的化學(xué)成分不好（碳、硫、磷等偏高）；或是焊縫預(yù)留間隙太大，母材在焊縫邊緣雜質(zhì)過多，或電流過大，并且焊接速度過快、過慢、焊道過寬等因素會使焊縫開裂情況更要加重。

焊接裂紋的種類及預(yù)防措施



焊接裂紋根據(jù)其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。

根據(jù)焊接工程現(xiàn)場焊縫開裂情況，多數(shù)是因為應(yīng)力、拘束力、剛性造成的?？梢哉f往往是應(yīng)力、拘束力、剛性為焊縫開裂的主要因素。

解決應(yīng)力、拘束力、剛性造成焊縫開裂比較有效的辦法是：采取固定焊、分散焊。

所謂固定焊即為先將焊件的全部焊縫，或是重要部位焊縫，先采取小電流、窄焊道、短距離焊，全部固定住。這樣使焊件不易產(chǎn)生較大應(yīng)力。

即便在焊件各處都固定住，但也不可在同一位置順序向前，更不可采取大電流并采用大規(guī)格焊條。應(yīng)換位置焊，不使其局部位置產(chǎn)生過大熱量。有拘束力和剛性結(jié)構(gòu)可以采取同樣的方法解決。

所謂分散焊，這對大型結(jié)構(gòu)來說決不可在同一位置順序焊，應(yīng)當調(diào)換位置進行焊接。

對大型結(jié)構(gòu)不僅得先固定焊，再采取分散焊，第一焊道也不可用大電流和大規(guī)格焊條。對整體大結(jié)構(gòu)來說全部焊縫自始至終都得分散焊，不然，雖然焊縫不開裂，但殘留應(yīng)力太大。

1 小直徑管對接水平固定打底層焊接技術(shù)

（1）試件材料：20無縫鋼管。

（2）試件規(guī)格：60mmx4mm，L =200mm，見圖。

（3）坡口尺寸：60°V形坡口，鈍邊為0.5-1mm。

（4）焊接材料：E4303或E5015焊條，直徑為2.5mm或3.2mm。

（5）焊接要求：單面焊雙面成形。

（6）試件裝配。


1）修磨鈍邊為1-1.5mm，無毛刺，錯邊量<0. 5mm。

2）試件清理。用角向磨光機、銼刀、砂布和鋼絲刷等清理坡口正反兩面各20mm范圍內(nèi)的油污、水分、氧化物、毛刺和鐵銹等，直至露出金屬光澤。

3）試件的裝配與定位焊。將清理好的試件，對齊找正、留有3-4mm間隙，用正式焊接工藝和焊接材料，在試件坡口內(nèi)斜平位置(上爬坡)定位焊一處即可，將定位焊點處理成斜坡狀并有適當?shù)姆醋冃巍?/span>

組裝后經(jīng)檢查合格后，按焊位和合適的高度將管子固定在操作架上待焊。小徑管子對接水平固定焊試件如上圖所示。

2  小直徑管對接水平固定打底層焊接技術(shù)

(1)引弧——連弧焊引弧

用堿性焊條焊接時，在起弧過程中，由于熔渣少、電弧中的保護氣體少等原因，使熔池保護效果不好，焊縫極容易出現(xiàn)密集氣孔，多為N2氣孔。

為了防止這類現(xiàn)象出現(xiàn)，堿性焊條的引弧多采用劃擦法。在始焊處時鐘6點位置的前方10mm處引弧后，把電弧拉至始焊處，即時鐘6點位置進行電弧預(yù)熱，當發(fā)現(xiàn)坡口根部有“出汗”現(xiàn)象時，將焊條向坡口間隙內(nèi)頂送，聽到“噗噗”聲后，稍停一下，使鈍邊每側(cè)熔化1-2mm并形成第一個熔孔，這時引弧工作完成。

堿性焊條需用電流比同直徑的酸性焊條要小10%左右。為此，引弧過程中要求焊工手穩(wěn)、技術(shù)高，引弧及回弧動作要快、準。

(2)斷弧焊引弧

在時鐘6-5點位置，即仰焊位置引弧，用長弧進行預(yù)熱，當焊條端部出現(xiàn)熔化狀態(tài)時，用腕力將焊條端部的第一、第二滴熔滴甩掉。

與此同時，觀察預(yù)熱處有“出汗”現(xiàn)象時，迅速而準確地將焊條熔滴送入始焊端間隙，稍做一下左右擺動的同時，焊條向后上方稍微推一下，然后向斜下方帶弧、滅弧，第一個熔池就這樣形成了，引弧工作結(jié)束。

(3)焊條角度

1）起焊點，即時鐘5-6點位，焊條與焊接方向管切線的夾角為80-85°。

2）在時鐘7-8點位置為仰焊爬坡焊，焊條與焊接方向管切線的夾角為100°-105°。

3）在立焊位置，即時鐘9點鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為90°。

4）在立位爬坡焊位置，即時鐘10-11點位置施焊過程中，焊條與焊接方向管切線的夾角為85-90°。

5）在平焊位置，即時鐘12點位置焊接時，焊條與焊接方向管切線的夾角為75-80°。

各點位置焊條角度如圖3-6-4及3-6-5所示。前半圈與后半圈相對應(yīng)的焊接位置，焊條角度相同。





3  小直徑管對接水平固定蓋面層焊接技術(shù)

1. 清理熔渣仔細清理打底層焊縫與坡口兩側(cè)母材夾角處的熔渣、焊點與焊點疊加處的熔渣。

2. 運條方法在時鐘5-6點位置，即仰焊位置引弧后，長弧預(yù)熱仰焊部位，將熔化的第一、第二滴熔滴甩掉，因為此時的熔滴溫度低、流動性不好。然后以短弧的方式向上送熔滴，采用月牙形運條或橫向鋸齒形運條法施焊。焊接過程中始終保持短弧，焊條擺至兩側(cè)時要稍作停頓，將坡口兩側(cè)邊緣熔化1-2mm，使焊縫金屬與母材圓滑過渡，防止產(chǎn)生咬邊缺陷。焊接過程中，熔池始終保持橢圓形狀且大小一致，熔池應(yīng)明亮清晰。前半圈收弧時，要對弧坑稍填些熔化金屬，使弧坑成斜坡狀，為后半圈焊縫收尾創(chuàng)造條件。焊接后半圈之前，應(yīng)把前半圈起頭部位焊縫的焊渣敲掉10-15 mm，焊縫收尾時注意填滿弧坑。用堿性焊條焊接蓋面層時，始終用短弧預(yù)熱、焊接，引弧方法采用劃擦法。

3.焊條角度由于根部打底層焊縫已焊完，蓋面層焊縫與根部是否焊透無關(guān)，主要技術(shù)問題是蓋面層焊縫應(yīng)成形良好，余高應(yīng)符合技術(shù)規(guī)定，焊縫與母材圓滑過渡，無咬邊。為此，焊條與管子焊接方向切線的夾角應(yīng)比打底層焊接稍大5°左右，如圖3-6-6所示。


1）仰焊位置，即時鐘6-7點位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為85°-90°。

2）仰位爬坡焊位置，即時鐘7-8點位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為105°-110°。

3）立焊位置，即時鐘9點鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為95°。

4）立位爬坡焊位置，即時鐘10-11點位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為90°-95°。

5）平焊位置，即12點鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為75°-80°。

4  步驟及注意事項

1）熟悉圖樣、清理坡口表面和修銼鈍邊。

2）按裝配要求組裝試件，進行定位焊，并將試件水平固定在焊接支架距地面800-900mm的高度上待焊。

3）從管子仰焊位處引弧起焊，按逆時針先焊右半圈，采用斷弧法焊至平焊位。

4）清理焊渣并修磨仰、平焊位接頭，成緩坡狀。

5）變換焊接位置，焊接左半圈，在仰焊位緩坡狀處起頭或用電弧切割成緩坡狀再起 頭，用與右半圈同樣的操作方法完成打底層的焊接

6）清理焊渣及飛濺物，焊接蓋面層，仍采用兩半圈焊法，施焊時均采用月牙形或橫向鋸齒形運條法焊接，注意收弧時填滿弧坑。

7）焊接后，清理管件內(nèi)、外焊縫的焊渣和飛濺物，檢查正、反兩面焊縫。