武衛(wèi)華 李艷艷 張秀全 胡瑞芬

摘 要：本文基于焊接產(chǎn)生裂紋的理論知識，通過實踐經(jīng)驗，對鋼結(jié)構(gòu)裂紋產(chǎn)生的內(nèi)外在原因進行了深入分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；熱裂紋；冷裂紋；預防措施

前 言

焊接裂紋是鋼結(jié)構(gòu)在制造過程出現(xiàn)的危害最嚴重的缺陷，我公司主要承擔為安陽鋼鐵備件制造、安裝及系統(tǒng)檢修，在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中，有時焊縫會出現(xiàn)焊接裂紋，給工程施工帶來一定的影響，具體表現(xiàn)在：裂紋能引起嚴重的應力集中，降低焊接接頭的承載能力，任其發(fā)展的話最終會導致焊接結(jié)構(gòu)的破壞，降低工程質(zhì)量，縮短結(jié)構(gòu)壽命，嚴重時可能造成安全事故，間接延誤工期并增加施工成本，影響公司的形象，所以說裂紋在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須徹底清除，進行修補，確保產(chǎn)品質(zhì)量.以下對鋼結(jié)構(gòu)制造過程中裂紋產(chǎn)生的原因及其防治措施進行分析，供大家參與.

1.內(nèi)在原因分析及相應的預防措施

一般焊接裂紋按其產(chǎn)生的溫度和時間分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋

1.1.熱裂紋

熱裂紋是指在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時產(chǎn)生的裂紋，故又稱為高溫裂紋.其產(chǎn)生的原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在偏析現(xiàn)象，偏析出的物質(zhì)多為低熔點共晶和雜質(zhì).它們在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層形式存在，凝固以后的強度也較低，當焊接應力足夠大時就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋.此外如果母材的晶界上也存在低熔點共晶和雜質(zhì)，則在加熱溫度超過其熔點的熱影響區(qū)，這些低熔點化合物將熔化而形成液態(tài)間層，在一定條件下，焊接應力足夠大時也會被拉開形成所謂熱影響區(qū)液化裂紋.總之，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學因素共同作用的結(jié)果.熱裂紋特征是：多貫穿在焊縫表面，且斷口被氧化成氧化色.它主要的表現(xiàn)形式：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋及熱影響區(qū)裂紋.針對其產(chǎn)生的原因采取以下預防措施：a）限制鋼材和焊材中的硫、磷元素的質(zhì)量分數(shù).b）改善熔池金屬的一次結(jié)晶，細化晶粒提高焊縫金屬的抗裂性：廣泛采用的方法是向焊縫金屬中加入細化晶粒的元素.c）控制焊接工藝參數(shù)，適當提高焊縫成型系數(shù)：可采用多層多道焊法，避免中心線偏析，可防止中心線裂紋.

1.2.冷裂紋

冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度時產(chǎn)生的焊接裂紋.它與熱裂紋不同，是在焊后較低溫度下產(chǎn)生的，可以焊后立即出現(xiàn)，有時要經(jīng)過一段時間才能出現(xiàn)，這種拖后一段時間才能出現(xiàn)的裂紋也稱為延遲裂紋.冷裂紋主要發(fā)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼或中合金鋼中，產(chǎn)生的原因主要有三個因素：1）鋼的淬硬傾向大；2）焊接接頭受到的拘束應力；3）較多的擴散氫的存在和濃集.這三個條件同時存在時，就容易產(chǎn)生冷裂紋.在許多情況下，氫是誘發(fā)冷裂紋的最活躍的因素.冷裂紋的特征是斷裂表面沒有氧化色彩，這表明與熱裂紋不一樣，它多產(chǎn)生在熱影響區(qū)或熱影響區(qū)與焊縫交界的熔合線上，但也有可能發(fā)生在焊縫上.防止冷裂紋主要從降低擴散氫含量、改善組織和降低焊接應力等幾方面解決，主要的措施有：a）選用低氫型焊條，可減少焊縫的氫.b）焊條焊劑應嚴格按照規(guī)定進行烘干，堿性焊條要求300～350℃，烘熔1～2h；酸性焊條要求100～150℃，烘熔1～2h；熔煉焊劑要求200～250℃，烘熔1～2h； 燒結(jié)焊劑要求200～250℃，烘熔1～2h.隨取隨用，嚴格清理焊絲和工件坡口兩側(cè)的油繡，水分，控制環(huán)境溫度.c）改善焊縫金屬的性能，加入某些合金元素以提高焊縫金屬的塑形.d）正確選用焊接工藝參數(shù)、預熱、緩冷、后熱以及焊后熱處理等，以改善焊縫及熱影響區(qū)的組織，去氫和消除焊接應力.e）改善結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)，降低焊接應力等.

1.3.再熱裂紋

再熱裂紋是焊后焊件在一定溫度范圍再次加熱（消除應力熱處理或其他加熱過程）而產(chǎn)生的裂紋，也稱為焊后熱處理裂紋或消除應力回火裂紋.在熱裂紋具有晶界斷裂的特征，大多發(fā)生在應力集中部位.它產(chǎn)生的原因一般認為是在再次加熱時，在第一次加熱過程中過飽和和固溶的碳化物再次析出，造成晶內(nèi)強化，使滑移應變集中于原先的奧氏體晶界，當晶界的塑形盈利能力不足以承受松弛應力過程中所產(chǎn)生的應變時，就會形成再熱裂紋.控制在熱裂紋的措施是：a）減小焊接應力和應力集中，如提高預熱溫度、焊后緩冷、使焊縫與母材平滑過渡等；b）在滿足設(shè)計要求的前提下，選擇適當?shù)暮附硬牧?，使焊縫的強度稍低于母材，讓應力在焊縫中松弛；c）在保證室溫接頭強度的情況下，提高消除應力退火溫度，致使析出比較大有碳化物粒子，以改善高溫延性.

2.外在原因及應對措施

焊接裂紋除以上工藝和原材料方面的原因外，人的因素和環(huán)境條件也是很關(guān)鍵的外因.如在實際焊接過程中，對以上產(chǎn)生焊接裂紋的原因及預防措施重視不夠，制定的焊接工藝不詳細過于簡單，或操作人員責任心不強，不嚴格按照焊接工藝卡的要求實施；焊接工程師較少，在焊接過程中缺少焊接專業(yè)監(jiān)督指導，對焊接后出現(xiàn)的問題不能及時處理；現(xiàn)場管理混亂，對原材料缺乏嚴格的質(zhì)量檢驗制度而誤用不合格材料或用錯不同材料的鋼材；天氣氣溫低，沒能按照要求進行預熱、保溫緩冷措施；不應涂漆的部位進行了油漆，部分施焊人員未經(jīng)培訓等種種原因?qū)е掠行╊A防措施不能落實到位，偶爾仍會出現(xiàn)個別裂紋.

3.實踐效果

通過對鋼結(jié)構(gòu)焊縫裂紋產(chǎn)生的原因進行深入的分析，了解了其預防措施，理論聯(lián)系實際，基本上掌握了控制焊縫裂紋的方法，如2011年在安鋼3號高爐熱風爐制造過程中，爐殼板（Q345）對接焊縫經(jīng)無損檢測發(fā)現(xiàn)有裂紋現(xiàn)象，經(jīng)分析：冬季施工環(huán)境溫度低，板材厚度較大，預熱及層間溫度措施不當，將原來的烤槍火焰預熱改為自動控溫熱電偶加熱，解決了出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。

4.結(jié)論

經(jīng)實踐證明鋼結(jié)構(gòu)焊接時，按照以上分析的情況，嚴格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)定、規(guī)程，基本上可以避免裂紋的產(chǎn)生，實踐效果良好.

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