許昌鋼結構焊接熱裂紋和冷裂紋預防措施

鋼結構工件由于存在外形尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對稱(chēng)等因素，在加工過(guò)程中，常出現多種焊接問(wèn)題，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如局部變形和產(chǎn)生焊接裂紋等。

焊接中的局部變形產(chǎn)生的原因很多，如加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變性不一致；或加工件本身焊縫布置不均，導致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大。另外，加工人員操作不當，未對稱(chēng)分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，會(huì )造成加工件變形的不一致。焊接時(shí)“咬肉”過(guò)大，會(huì )引起焊接應力集中和過(guò)量變形，而焊接放置不平，應力集中釋放時(shí)也會(huì )引起變形。
鋼結構焊接常出現的另一質(zhì)量問(wèn)題是產(chǎn)生焊接裂紋。分為熱裂紋和冷裂紋兩類(lèi)。

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱(chēng)高溫裂紋或結晶裂紋，通常產(chǎn)生在焊縫內部，有時(shí)也可能出現在熱影響區，表現形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋弧坑裂紋和熱影響區裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結晶過(guò)程中存在著(zhù)偏析現象，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)在結晶過(guò)程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強度也較低。當焊接應力足夠大時(shí)，就會(huì )將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開(kāi)，形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，當焊接拉應力足夠大時(shí)，也會(huì )被拉開(kāi)?？傊?，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結果。

針對其產(chǎn)生原因，其預防措施如下：

限制母材及焊接材料(包括焊條、焊絲、焊劑和保護氣體)中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應大于0.045%，磷的含量不應大于0.055%；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10%以下時(shí)，熱裂紋敏感性可大大降低。二是調整焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點(diǎn)共品的有害影響。三是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結晶時(shí)的偏析程度。適當提高焊縫的形狀系數，采用多層多道焊接方法，避免中心線(xiàn)偏析，也可防止中心線(xiàn)裂紋。另外在操作時(shí)采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線(xiàn)能超，整體預熱和錘擊法，收弧時(shí)填滿(mǎn)弧坑等工藝措施，也能預防熱裂紋的產(chǎn)生。

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過(guò)程中溫度降到馬氏體轉變溫度范圍內(300～200℃以下)產(chǎn)生的裂紋?？梢栽诤附雍罅⒓闯霈F，也可以在焊接以后的較長(cháng)時(shí)間才發(fā)生，故也稱(chēng)為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個(gè)：焊接接頭形成淬硬組織；擴散氫的存在和濃集；存在著(zhù)較大的焊接拉伸應力。

焊接局部變形的預防措施，在程序控制方面:

一是設計時(shí)盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱(chēng)設置焊縫減少交叉和密集焊縫；

二是要制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱(chēng)部位的焊縫后焊非對稱(chēng)焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫。對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電流、速度、方向一致。手工焊接較長(cháng)焊縫時(shí)，應采用分段進(jìn)行間斷焊接法，由工件的中間向兩頭退焊，焊接時(shí)人員應對稱(chēng)分散布置，避免由于熱量集中引起變形。大型工件如形狀不對稱(chēng)，應將小部件組焊矯正完變形后，再進(jìn)行裝配焊接，以減少整體變形。在作業(yè)實(shí)施中，工件焊接時(shí)應經(jīng)常翻動(dòng)，使變形互相抵消。對于焊后易產(chǎn)生角變形的零部件，應在焊前進(jìn)行預變形處理，如鋼板v形坡口對接，在焊接前應將接口適當墊高，這樣可使焊后變平。另外，還可通過(guò)外焊加固件，增大工件的剛性來(lái)限制焊接變形，這時(shí)，加固件的位置應設在收縮應力的反面。對已經(jīng)變形的工件處理辦法，如變形不大，可采用火烤矯正。如變形較大，采用邊烤邊用千斤頂頂的方法矯正。

冷裂紋的預防措施主要有幾方面：

一是選擇合理的焊接規范和線(xiàn)能，改善焊縫及熱影響區組織狀態(tài)，如焊前預熱、控制層間溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出；

二是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴散氧含量。

三是焊條和焊劑在使用前應嚴格按照規定的要求進(jìn)行烘干(低氫焊條300℃～350℃保溫lh；酸性焊條l00℃～l50℃保溫lh；焊劑200℃～250°保溫2h)，認真清理坡口和焊絲，汰除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來(lái)源。

四是焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理。一種是進(jìn)行退火處理，以消除內應力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。除此之外，選材上提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀夾雜物，工藝上采取可降低焊接應力的各種措施，也都是必要的。