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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、焊接位置不對稱等因素,在加工過程中,常出現多種焊接問題,影響產品的質量,如局部變形和產生焊接裂紋等。

焊接中的局部變形產生的原因很多,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,未對稱分層、分段、間斷施焊,焊接電流、速度、方向不一致,會造成加工件變形的不一致。焊接時“咬肉”過大,會引起焊接應力集中和過量變形,而焊接放置不平,應力集中釋放時也會引起變形。
鋼結構焊接常出現的另一質量問題是產生焊接裂紋。分為熱裂紋和冷裂紋兩類。

熱裂紋是指高溫下所產生的裂紋,又稱高溫裂紋或結晶裂紋,通常產生在焊縫內部,有時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。其產生原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現象,低熔點共晶和雜質在結晶過程中以液態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,就會將液態間層或剛凝固不久的固態金屬拉開,形成裂紋。此外,如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質,當焊接拉應力足夠大時,也會被拉開。總之,熱裂紋的產生是冶金因素和力學因素共同作用的結果。

針對其產生原因,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,熱裂紋敏感性可大大降低。二是調整焊縫金屬的化學成分,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含攝,改善結晶時的偏析程度。適當提高焊縫的形狀系數,采用多層多道焊接方法,避免中心線偏析,也可防止中心線裂紋。另外在操作時采用合理的焊接順序和方向,采用較小的焊接線能超,整體預熱和錘擊法,收弧時填滿弧坑等工藝措施,也能預防熱裂紋的產生。

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉變溫度范圍內(300~200℃以下)產生的裂紋。可以在焊接后立即出現,也可以在焊接以后的較長時間才發生,故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個:焊接接頭形成淬硬組織;擴散氫的存在和濃集;存在著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:

一是設計時盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置,對稱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,先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫,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。手工焊接較長焊縫時,應采用分段進行間斷焊接法,由工件的中間向兩頭退焊,焊接時人員應對稱分散布置,避免由于熱量集中引起變形。大型工件如形狀不對稱,應將小部件組焊矯正完變形后,再進行裝配焊接,以減少整體變形。在作業實施中,工件焊接時應經常翻動,使變形互相抵消。對于焊后易產生角變形的零部件,應在焊前進行預變形處理,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,還可通過外焊加固件,增大工件的剛性來限制焊接變形,這時,加固件的位置應設在收縮應力的反面。對已經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能,改善焊縫及熱影響區組織狀態,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,以減少氫的來源。

四是焊后及時進行熱處理。一種是進行退火處理,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。

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