焊缝开裂

焊缝开裂 裂纹裂缝都是焊缝开裂。一般的说法是肉眼勉强看出的称为裂纹;明显看出的称为裂缝。 焊缝质量有四个方面形成:焊接结构、焊接、母材、电焊条。以上四个方面来形成焊缝质量好、符合质量要求，或是不好、不符合质量要求。 焊缝质量指的是:力学性能、化学成分、裂纹或裂缝、气孔、咬肉等。在焊接当中有时焊缝出现裂纹或裂缝、气孔、咬肉等缺陷。 焊接当中产生这三种缺陷的原因和解决办法: 一、焊缝开裂: 焊缝在焊接当中开裂有以下原因:应力、拘束力、刚性、化学成分、焊缝予留的间隙、电流、焊道、母材清洁等。这些因素都可能是造成焊缝开裂的原因。虽然造成焊缝开裂原因很多，但在某种场合是多种原因造成的，也有两种或三种因素造成的。但不管几个易素，其中必有一个主要因素。也有各种条件都没有什么影响，只受一种因素造成焊缝开裂。因此出现焊缝开裂必须首先正确地分析出开裂的主要因素及次要因素，根据造成开裂的主要、次要因素采取相应进行解决。 焊接过程形成的焊缝是焊条和母材两者经过电流高温熔化后形成焊缝，是焊条和母材由固体变成液体，高温液体是热胀，冷却变成固体是收缩。由于热胀冷缩，自然使被焊接结构产生应力。有些焊接结构本身就存有拘束力和刚性。 焊接过程是由固体变成液体，也就是固态转变成液态(通常说铁水)，再由液态变成固态，也就形成焊缝。液态转变成固态(也就是铁水开始凝固)，也就是铁水转变成晶粒。铁水转变成晶粒的过程就是结晶过程。 母材温度低的位置先开始结晶，逐渐向焊缝中间位置伸展，焊缝中间最后结晶。由于热胀冷缩的作用，焊接结构受应力或拘束力或刚性的影响，使被焊母材晶粒连接不到一起，轻者在焊缝中间出现小裂纹，重者在焊缝中间出明显的裂缝。即使母材和电焊条的化学成分都好，受焊接结构的拘束力、刚性和焊接过程产生的应力影响，也会出现裂纹或裂缝。如果母材和电焊条的化学成分不好(碳、硫、磷等偏高);或是焊缝予留的间隙太大，母材在焊缝边缘杂质过多，或电流过大，并且焊接速度过快、过慢、焊道过宽等因素会使焊缝开裂情况更要加重。根据焊接工程现场焊缝开裂情况，多数是因为应力、拘束力、刚性造成的。可以说往往是应力、拘束力、刚性为焊缝开裂的主要因素。 解决应力、拘束力、刚性造成焊缝开裂比较有效的办法是:采取固定焊、分散焊。所谓固定焊:先将焊件的全部焊缝，或是重要部位焊缝，先采取小电流、窄焊道、短距离焊，全部固定住。这样使焊件不易产生较大应力。即便在焊件各处都固定住，但也不可在一个位置顺序向前焊，更不可采取大电流并采用大规格焊条。应换位置焊，不使其局部位置产生大热 量。有拘束力和刚性结构可以采取同样的方法解决。 所谓分散焊，这对大型结构来说决不可在一个位置顺序焊，应当调换位置进行焊。对大型结构不仅得先固定焊，再采取分散，第一道焊道也不可用大电流和大规格焊条。对整体大结构来说全部焊缝自始至终都得分散焊，不然，虽然焊缝不开裂，但残留应力太大。 遇到焊缝予留间隙太大怎么办,这应当采用小规格点焊条、小电流顺焊缝的一边贴着焊(堆焊一侧)，也可两边同时焊(堆焊两侧)，这根据焊缝予留间隙大小程度、母材厚度、焊缝深度来决定。 如果母材化学成分不好的焊接结构，再加上上述几种因素，就应改用低氢型电焊条。如J426、J427、J507，因这种电焊条抗裂性特强。但是同样得采取上述避免焊缝开裂的方法。凡属于中碳钢等合金钢的母材或厚板时，必须得用低氢型电焊条。 二、气孔 焊缝产生气孔的因素，一般常见的有焊处不洁净，锈、油泥、气焊渣等，不仅面能见到不洁净物质，需要作X光的焊缝就得在焊接前将母材的焊缝风边缘用气焊将内部水分烘干。常见焊缝产生气孔多半是因为电流过大。焊缝的形状多种多样:如平焊、立焊、横焊、仰焊、平角焊、立角焊，母材厚薄、坡口形状、多层焊、盖面焊等等。无论哪种焊缝想避免产生气孔。除了将焊缝坡口清除洁净外，主要在焊接过程，电流大小一定调整适宜。电流大小适宜的如何掌握呢,应关注熔池的液态熔渣覆盖熔池一半左右为宜，决不可低于三分之一。这是因为焊接当中熔化的铁水种含有各种气体，铁水中气体借着覆盖的液态熔渣保护铁水缓缓凝固，以便使气体向外逸出。 产生气孔也有极少数是因为母材是低质材含硫过高，造成熔渣的粘度增大，影响气体向外逸出。并且含硫量高产生较多二氧化硫气体，更增加气孔的产生。 三、咬肉 在焊接当中咬肉现象是经常出现，不算大问，所以用户一般不反映出来。咬肉现象多半出现在立焊、横焊、角焊的焊缝边缘处。出现咬肉的原因主要有:母材表面的锈、电流过大、运条时电弧在该处停留时间过段、焊条角度不适宜等。将这几个主要原因解决了，就不会出现咬肉。 不锈钢的腐蚀类型 不锈钢耐腐蚀是由于在不锈钢表面生成了一层极薄的、粘着性好的、半透明的氧化铬薄膜。这层膜一旦遭到破坏，钢中的铬与大气中的氧发生化学反应就能迅速地恢复这层薄膜，同时，机械损伤也能很快再生成一层保护薄膜。但是，如果受到离子的化学侵蚀，比如氯离子，可能难于抵抗侵蚀，这就可能因氧气毫无阻挡地进入，而使腐蚀加剧。 锈蚀是一个专用术语，专指表面十分均匀的失去光泽，也可能是表面形成了一层干涉膜。通常有轻微的颜色变化，和一定程度的光亮度损失，特别是细小的脏东西进入了表面膜。通过清洗表面可得到一定程度的改善。在任何情况下，在外观形态方面的所有努力收效甚微，特别是从远距离来观看更是如此。 点蚀是不锈钢明显腐蚀的通常形式。一般以针状腐蚀开始，由于腐蚀的产生，受腐蚀部位变黑色或变成深褐色。大多数严重腐蚀环境中，点蚀的数量和深度增加，使表面呈现受腐蚀的外观。在弱腐蚀条件下，点蚀本身不可能从表面上明显减少，但是在表面上可能出现腐蚀产生一层薄膜，当锈斑渗出就可能使周围失去光泽。 缝隙腐蚀是在氧气不足的情况下产生的。如，既可以是由金属清洗剂，也可以是非金属清洗剂产生，由雨水或冷凝水形成的含水电解液也可导致缝隙腐蚀的产生。低合金钢更容易出现这种腐蚀，特别在裂缝非常小、氧气很难渗进的地方常出现缝隙腐蚀。设计中对尽可能减少缝隙腐蚀要给予特别的注意。在特别容易碰到水汽的地方，要努力避免缝隙的产生。如果缝隙不可能避免，就应该考虑使用更耐腐蚀、更高合金含量的钢种。 电化学腐蚀:当两种电化学势能差很大的金属相互接触过程中可能产生这种腐蚀。如果水汽把这两种金属连接起来就产生一个电流回路，合成电流将显著地增加容易产生化学反应的金属的腐蚀速度。任何两种不锈钢之间的势能差都不足以引起这种腐蚀，只是有些影响，而不会成倍地增加腐蚀。但碳钢和大面积的不锈钢结合到一起，碳钢就会遭到迅速地腐蚀，因此不同金属要连接在一起的地方，要避免水汽在这些地方集聚。若避开水汽不可能，这两种金属之间要彼此电绝缘。 应力腐蚀开裂(SCC):有两种情况可能出现应力腐蚀开裂。不锈钢处于氯化物水溶液环境中时可能产生氯离子应力腐蚀开裂。例如，海雾环境，钢又处于很高的拉应力作用下，而且气温又超过正常的环境温度(通常超过60?)，在建筑上使用不可能不存在影响，除非所使用的钢经过了以下所述的敏化处理。在较低温度下，在寻常的恶劣环境中，包括有机化学剂，也能产生应力腐蚀开裂，而这些条件在大多数情况下又是不可避免的。 敏化作用:钢中的碳(通常含0.08,)与铬结合，在热处理过程中或在焊接过程中在晶界析出。形成的碳化物使晶界出现贫铬，并在晶界形成抗腐蚀薄膜同时发生局部的晶界腐蚀， 降低了材料的耐应力腐蚀性。 在制造过程中避免敏化环境，需在钢做最终热处理时进行快速冷却，防止碳化铬质点的沉淀。在焊接过程中，薄断面的不锈钢通常冷却速度相当快，足以得到阻止碳化铬质点沉淀的相同效果，在厚断面的不锈钢焊接中，通过使用低碳不锈钢如304L或316L也可避免敏化问题。换言之，可以把稳定化的不锈钢如321或347纳入规范。虽然这样做几乎没有必要，稳定化的不锈钢中不是含钛就是含铌，这些稳定化元素在加热过程中与碳结合，从而阻止了碳与铬元素的化合。 再热裂纹 某些钢含Cr、Mo、V等元素，这些元素以合金碳化物的形式强化基体。但在焊接时，临近熔合线的母材被加热到1300?左右，钢中的合金碳化物被溶解，焊后来不及析出，而在随后的SR处理过程中，这些合金碳化物在晶内弥散析出，从而强化了晶内，使应力松弛时的蠕变变形集中于HAZ粗晶界。与此同时，片条状的碳化物、硼和杂质元素易偏析于晶界，在拘束力较大的场合下，加速钢材沿晶界开裂，这就是焊后整体热处理过程中产生的再热裂纹。 --显微结构特征及其转变机理 潘 春 旭 著 2000年7月 北京:人民交通出版社 出版发行。共233页 内 容 摘 要 焊接裂纹产生原因 形成焊接裂纹的原因是多方面的，但可以归纳为力学因素和冶金因素两方面。 3.1 力学因素 导致裂纹产生的力学因素主要为拘束应力。压力钢管焊接时采用多层多道焊，焊接第一层焊缝时，由于焊缝截面远小于构件的截面，因此拘束应力和拘束变形将集中在截面比母材小很多并且变形相对容易的焊接区内，造成第一道焊缝的焊接区是最容易出现裂纹的区域。拘束度越大，焊接区域承受的拘束应力和应变越大，造成焊接裂纹的危险性也越大。焊缝在压缝完成后，特别工地环缝不可避免地会产生拘束度偏大，从而致使点焊区域承受的拘束应力和应变偏大。焊接时，由于焊接区域的温度升高，点焊区域拘束应力得以释放，易造成裂纹的产生。有时钢管丁字接头部位容易产生裂纹就是因应力过分集中造成。 3.2 冶金因素 3.2.1 冶炼杂质对高温脆性区的影响 2 钢中的杂质元素如C、S、P、B会明显地扩大高温脆性区的温度范围。60kgf/mm钢种是一种含C、S、P量很低的Cr-Mo-V系合金钢。Mn含量较高，约为1.20,,1.60,，可以减小 2高温脆性区，因而60kgf/mm钢是一种可以减小高温脆性区的钢种。 3.2.2 钢的淬硬致脆倾向 2 60kgf/mm钢种碳当量Ceq=0.35,，裂纹敏感系数Pcm=0.185,，钢的淬硬致脆倾向不明显，是一种焊接性及抗裂性良好的钢种。 3.2.3 钢中氢的致脆 氢是焊接冶金过程残留在钢中的气体杂质。由于钢中残留的氢使钢的塑性恶化而形成氢脆。 3.2.4 焊接粗晶区晶界的弱化 由于合金结晶过程的选择作用和相临晶粒间的相位不同，使得晶界总是含有比晶粒内部多得多的杂质和缺陷:而且由于晶界很薄，因而晶界的变形能力总是远低于晶粒本身的变形能力。在正常受力下，晶粒本身承担厂主要的塑性变形，保证了合金的塑性和强度。但NK HITEN610U钢种因含有Cr、Mo、V等成分，Cr、Mo、V元素属于强碳化物及强氮化物形成元素，2 它们将会使晶界弱化或相对弱化。经计算，经验公式Psr=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V-2，Psr<0，因而该材料不易发生晶界断裂。 4 焊接裂纹的防止措施 根据形成裂纹的因素，为了防止裂纹的产生，需从结构设计、材料选择以及施工工艺三方面进行控制。