1、钢结构焊接裂纹的原因及预防措施摘要：当今工业正值蓬勃发展阶段，而焊接作为一门重要的金属加工工艺,在机械、石油、化工、建筑、交通、矿山等方面都得到了广泛的应用。而焊接缺陷又是生产中极为不利的因素，其中裂纹是常见的而又十分危险的缺陷，它不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。对钢结构焊接裂纹产生的内在原因和外在原因进行了分析，并提出了相应的预防措施。 关键词：钢结构焊接裂纹 原因 预防措施 中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号： 焊接裂纹是钢结构制作工程中经常发生且危害较大的质量通病。近几年来，马钢集团的 300T 转炉、电炉和湘钢集团的 150T 转炉主厂房均为钢结构，厂房柱子
2、、梁为焊接 H 型钢，公辅外网管道为卷焊管，总制作量多达 5 万多吨。在项目初期的钢结构制作过程中，不时发现焊接裂纹，如在管道制作工程中出现纵向焊缝裂纹，降低了焊接接头的承载能力，最终导致焊接结构的破坏，缩短结构寿命，间接延误施工工期，增加了工程成本。焊接裂纹是钢结构制作工程中危害最大的缺陷，一经发现，必须进行返修焊接直至合格。下面对焊缝裂纹产生的原因及预防措施进行简要的分析。 1 裂纹产生内在原因分析及预防措施 一般焊接裂纹按其产生的温度和时间分为可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。在焊接过程中，裂纹产生的部位不同。有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现
3、；有的产生在焊缝上，有的则产生在热影响区内。 值得注意的是：裂纹有时在焊接过程中产生，有时在焊件焊后放置运行一段时间之后才出现，后一种称为延迟裂纹，这种裂纹的危害性极为严重1。 1.1 热裂纹 热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共
4、晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因，其预防措施如下：1)限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于 0.045%，磷的含量不应大于 0.055%；另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在 0.10%以下时，热裂纹敏感性可大大降低； 调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的有害影响； 采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善
5、结晶时的偏析程度； 适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹。因焊缝形状系数过小时，焊缝窄而深，低熔点杂质聚集在焊缝中心，产生热裂纹的可能性大大增加；焊缝的形状系数较大时，焊缝宽而浅，低熔点共晶和杂质聚集在焊缝近表面区，大大降低中心线裂纹产生的倾向； 采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能量，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。1.2 冷裂纹 冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300200以下)产生的，焊接中碳钢、高碳钢、低合金高强度钢、某些超高强度钢、工具钢、钛合金等材料时容易出现这种缺陷。经常产生在热影响区，有时
6、也产生在焊缝金属中。其特征是穿过晶粒内部开裂，裂纹断面上没有明显的氧化色彩，断口发亮。其预防措施主要有：1）选择合理的焊接工艺和线能量，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出； 2）采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧含量； 3）焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300350保温 lh；酸性焊条 l00l50保温 lh；焊剂200250.C 保温 2h)2，认真清理坡口和焊丝，去除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源； 4）焊后及时进行热处理：进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性；进行消氢处理，使氢从
7、焊接接头中充分逸出； 5）提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物； 6）采取可降低焊接应力的各种工艺措施（同热裂纹） 。 1.3 再热裂纹 再热裂纹起源于焊接热影区的粗晶区，具有晶界断裂的特征，大多发生在应力集中部位，一般在焊缝区域再次受到加热时才会形成。其产生原因一般认为是再加热时，在第一次热过程中过饱和固溶的碳化物再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中于原先的奥氏体晶界，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中产生的应变时，就会形成再热裂纹。其预防措施主要有： 减少残余应力和应力集中，如提高热温度、焊后缓冷、使焊缝与母材平滑过度等； 在满足设计要求的前提下，选择适当的焊接材料，使焊缝的高
8、温强度稍低于母材，让应力在焊缝中松弛； 在保证室温接头强度的情况下，提高消除应力的退火温度，析出较大碳化物粒子，以改善高温延性。 2 裂缝产生外在原因及预防措施 焊接裂纹除以上工艺及原材料的原因外，人的因素和环境条件也是很关键的外因。如在焊接过程中，对产生焊接裂纹的原因及预防措施重视不够，制定的焊接工艺过于简单或不严格按照焊接工艺施焊；焊接工程师较少，焊接过程中缺乏焊接专业监督指导，对焊接后出现的问题不能及时处理；现场管理混乱，原材料缺乏严格的质量检验制度而误用不合格材料。其预防措施：通过加强管理，建立严格的质量保证体系和技术保证体系，认真落实逐级技术交底制和三检制，对管理人员、技术人员、操作人员有针对性的进行理论与实操培训，达不到要求者一律不准上岗。 3 结 语 本文详细论述了焊接裂纹产生的原因及预防措施，有助于焊接作业的安全生产工作，通过分析，基本上找到了相应的预防措施，避免了大量钢结构焊缝裂纹的产生，减少了返工，提高了工程质量，更好地指导生产。 参考文献：1于在洪等.焊缝裂纹原因及防止措施.科技信息,2011 2孙景荣.实用焊工手册.化学工业出版社.2002 作者简介： 罗继福 1965- ，男 ，中国十七冶集团有限公司,安徽马鞍山,243000
