鋼材焊接裂紋成因與防治措施

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隨著機械加工工藝的不斷發(fā)展，焊接也逐漸趨向智能化。許多大型企業(yè)都在積極研究如何采用智能化機械臂的方式對鋼鐵材料進行焊接，但是由于機械臂在焊接的時候會出現(xiàn)裂紋等問題，沒有在實際中大規(guī)模運用。人工在焊接過程中，可以根據(jù)環(huán)境變化時刻調(diào)整焊接的溫度和焊條的進入角度來盡量避免裂紋的出現(xiàn)，所以從實際工程操作技術(shù)來說，純自動化的機械焊接還有待進行進一步改進。

一、焊接裂紋的分類

焊接裂紋其實是一個模糊的統(tǒng)稱，焊接裂紋根據(jù)形成原理的不同可以分為以下四種類型，應(yīng)力焊接裂紋、結(jié)晶焊接裂紋、焊條分布不均焊接裂紋和整再熱焊接裂紋。這四種焊接裂紋的修復方案也有很大的差異，且這些裂紋的危害也是不同的，再熱焊接裂紋的危害最大，結(jié)晶焊接裂紋次之，焊條焊接裂紋和應(yīng)力焊接裂紋的危害程度大致相當。

二、裂紋的危害

焊接中和焊接后都有可能產(chǎn)生裂紋，焊接中如果產(chǎn)生裂紋還可以及時進行補救，但是如果焊接后產(chǎn)生裂紋就比較麻煩了，有的需要將焊渣完全融化重新焊接，有的整個工件就直接報廢了。焊接裂紋根據(jù)類型的不同造成的危害也是不同的，總體來說，焊接裂紋產(chǎn)生的危害大致可以分為以下幾種：

(1)降低整體材料的強度和剛度，應(yīng)力焊接裂紋和結(jié)晶焊接裂紋容易發(fā)生在鋼板上，如果鋼板是主要的支撐件，由于晶體脆性很高，且在過熱或者過冷的環(huán)境中容易造成崩裂，所以這些裂紋在一定程度上將會大大減少鋼板的強度，嚴重降低鋼板的承載能力，如果鋼板發(fā)生二次斷裂，這個斷裂缺口一定是在焊接處，所以我們在焊接鋼板這類材料的時候盡量避免惡劣環(huán)境，以免焊接出現(xiàn)晶體焊接裂紋。

(2)應(yīng)力集中在機械加工過程中是很可怕的一件事情，通常情況下，當對長期工作在熱環(huán)境中的工件進行焊接之前，應(yīng)該將該工件放置在外界環(huán)境中釋放內(nèi)部含有的應(yīng)力，如果這些應(yīng)力存在工件中，經(jīng)過焊接之后，工件很容易產(chǎn)生變形，另外工件內(nèi)部不穩(wěn)定的珠光體也容易改變自己的形態(tài)，降低材料的屈服應(yīng)力極限，在工作過程中容易發(fā)生事故。

(3)當對罐型物體進行焊接時，由于焊接表面是扇形，焊接線是弧形線，所以在焊接時焊條很容易填充不均勻，且焊接線的不同點的受熱溫度也會有很大差異，容易導致裂紋出現(xiàn)。如果罐內(nèi)裝的是壓縮過的氣體，氣體產(chǎn)生的壓強很容易將焊接線崩開，造成氣體的泄露，如果是危險性氣體，就會形成安全事故，這是機械焊接工程中最危險的一類事故。

三、常見焊接裂紋的原因分析

(一)結(jié)晶裂紋。焊接過程中出現(xiàn)結(jié)晶的一個原因是進行焊接的兩個工件材料的熔點相差太多造成的，如果兩種工件的熔點相差太大，當電弧產(chǎn)生高溫時，其中一個工件先熔化，而另一個工件還沒有熔化，這就會造成焊縫材料的不均勻，兩者的原子核妃子并不能夠進行緊密結(jié)合，出現(xiàn)嚴重的結(jié)晶現(xiàn)象。另一個原因是進行焊接的兩個工件的金屬純度不同，純度不同就會導致焊縫中出現(xiàn)小型的薄膜和氣泡，這些氣泡能夠?qū)⒔饘僖后w隔開，形成結(jié)晶。當外界壓力發(fā)生變化，氣泡破裂就會產(chǎn)生裂紋。

(二)應(yīng)力裂紋。應(yīng)力裂紋從字面意思我們就可以知道是由于工件內(nèi)部有應(yīng)力存在，導致焊縫中產(chǎn)生裂紋，由于焊接過程中會產(chǎn)生高溫，工件內(nèi)部的組織會變得更加活躍，工件內(nèi)部存在的應(yīng)力就會進行釋放，一旦應(yīng)力存在焊接處，不但會使焊接變得困難，而且還會使焊接表面形成應(yīng)力裂紋。另外，焊接處的金屬組織由穩(wěn)定的奧氏體改變?yōu)椴环€(wěn)定的珠光體，焊接完成后，裂紋還會隨著應(yīng)力的釋放不斷擴大，最終完全工件完全解體。應(yīng)力裂紋是這四類裂紋中最難解決的一類裂紋。

(三)焊條分布不均裂紋。如果焊條的質(zhì)量不高，或者焊接的操作人員的技術(shù)不過關(guān)就會導致焊條分布不均裂紋的出現(xiàn)。這種裂紋是由于在焊接過程中，焊條移動速度過快，或者焊條和工件頻繁分離接觸導致焊條沒有均勻熔化填充進入焊縫中。另外如果在焊接之前，兩個工件的接觸面存在雜質(zhì)也會造成這一現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種裂縫的工件時嚴禁用在支撐件中的，所以我們要盡量避免焊條分布不均勻造成的斷裂情況。

(四)再熱裂紋。再熱焊接裂紋是由于焊接完成之后，由于金屬內(nèi)部組織活動劇烈造成的。再熱裂紋是目前最難處理的裂紋，因為相關(guān)方面的專家對該類裂紋產(chǎn)生的原因并沒有完全弄清楚，只是做出了假設(shè)：再熱裂紋可能是金屬晶體內(nèi)部二次硬化，金屬分子產(chǎn)生蠕變，晶界發(fā)生破裂造成的。所以在焊接時，操作人員要盡量在通風的環(huán)境中進行焊接，減少再熱裂紋出現(xiàn)的幾率。

四、焊接裂縫的防治措施

(一)防止結(jié)晶裂紋的措施。防止結(jié)晶焊接裂紋出現(xiàn)的主要措施有兩種，一種焊接時候盡量采用同種材料進行焊接，如果必須要采用不同種材料，焊接之前應(yīng)該先將熔點高的材料進行預(yù)熱，預(yù)熱之后材料原子活性增強，焊接時就不會出現(xiàn)裂紋。另一種措施就是，焊接之前對材料先進行熱處理，通過熱處理將影響材料穩(wěn)定性的硫、磷等非金屬元素剔除出去，熱處理還能夠使鋼鐵材料的晶體類型發(fā)生變化，形成穩(wěn)定的奧氏體組織。這兩種措施可以有效的控制結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)，讓鋼鐵材料的焊接表面趨于平穩(wěn)、光滑。

(二)防止應(yīng)力等焊接裂紋的措施。應(yīng)力焊接裂紋是鋼鐵材料在焊接過程中危害的最為嚴重的。想要避免應(yīng)力焊接裂紋就應(yīng)該在焊接之前，把需要焊接的材料放置在寒冷的環(huán)境中，讓應(yīng)力慢慢消退，還可以采用捶打等方式將鋼鐵材料中的應(yīng)力逼出，同時在焊接的時候，要盡可能的保證焊接周圍環(huán)境溫度的恒定，應(yīng)力裂紋就會自然消除。

五、結(jié)論

焊接裂紋不僅會影響焊接的致密度，同時也會降低鋼鐵材料的強度和剛度，導致鋼鐵材料無法承受壓力，在受到壓力變形時，難以恢復之前的狀態(tài)，所以我們在焊接過程中，要謹慎小心，對需要焊接的材料進行預(yù)處理。此外，我們企業(yè)也應(yīng)該對員工進行培訓，檢核，如果員工的焊接技術(shù)達不到企業(yè)標準，可以安排經(jīng)驗豐富的老員工對其進行指導，只有這樣，才能完全避免鋼材焊接裂縫，為機械焊接的進一步發(fā)展做出貢獻。

【參考文獻】

[1]管然坤,姜豐達.淺談H型鋼焊縫裂紋的成因及防范措施[J].建設(shè)科技,2007(21):76-77.

[2]武衛(wèi)華,李艷艷,張秀全,等.鋼結(jié)構(gòu)焊接裂紋的原因及防治措施[J].中國機械,2014(2):100-100.

[3]黃海梅.淺談鋼筋混凝土建筑物裂縫成因及防治措施[J].經(jīng)營管理者,2010(16):55-57.

[4]呂國宇,趙衛(wèi)國,戴學華.淺談鋼筋混凝土建筑物裂縫成因及防治措施[J].科技致富向?qū)?2012(26):390-390.