碳鋼焊接裂紋產生的原因及預防措施

毛德仁 白虎東

摘要：焊接是生產各類鑄件、鍛件及鋼結構件的一道重要工序，焊接質量的好壞對產品的性能及穩定性有直接的影響，提高焊接質量對企業發展的重要性不言而喻。基于此，本文分析了焊接缺陷產生的原因，提出了有效預防焊接缺陷的策略，希望本文能為企業提高焊接質量提供一些有益的參考和借鑒。

關鍵詞：焊接缺陷；焊接質量；預防策略

引言

隨著自動化焊接技術的發展，機械手臂焊接逐漸代替了傳統焊接方式，但在部分產品加工中，手工電弧焊仍然具有不可代替的作用，尤其是在鋼結構件焊接方面，手工現場焊接仍占有重要地位。但在焊接過程中，受制于材料、設備、人工操作和工藝等方面的原因，焊接質量不高，一些焊接指標超標，對焊件使用壽命和質量造成了嚴重影響。

1、焊接缺陷的產生原因

（一）焊機性能；焊機性能對焊接質量有直接影響，假如焊機性能不穩定，焊接條件不佳，就很難焊出優質的焊縫。在焊機電壓不穩、電弧推力不足的情況下，焊接無法正常進行，焊接質量自然無從談起。（二）焊接電流；焊接電流會對焊接質量造成很大程度的影響。大電流焊接可增加熔深，提高效率，但易出現燒穿、焊瘤、成形差、咬邊等缺陷；利用小電流焊接，電弧穿力小，易出現未熔合、夾渣、未焊透等缺陷。（三）焊接速度；焊接速度過快時，熔池溫度過低，母材和焊縫不能完全熔透，會出現未焊透、未熔合和焊縫不良等焊接缺陷。焊接速度過慢時，熔池溫度過高，易造成焊渣倒流，形成夾渣缺陷，還會增加熱影響區寬度，焊接接頭的晶粒變粗大，力學性能下降，且會增加焊接的變形量。（四）電弧弧長；電弧過長時，無法保護融化后的金屬，氣體入侵熔池，容易使焊縫出現氣孔，進而導致焊縫力學性能降低，無法通過檢驗，需要進行返工重焊。電弧過短時，會增加對母材表面的壓力，受推力的影響，融化的金屬難以成形。（五）焊道層數；減少焊道層數，增加單層厚度，在焊接過程中熔池溫度就會太高，不利于保障焊縫金屬的塑性，且焊渣在焊接過程中翻轉，會造成未熔合和夾渣等缺陷。如果增加焊道層數，減小單層厚度，有利于提高焊縫質量，但會降低焊接效率。（六）焊工水平；在焊接焊縫時，一些焊工缺乏焊接技術，對手工電弧焊掌握不夠，很容易引起焊接質量問題。比如，在進行手工電弧焊時，焊條角度、運條方式、收弧等操作控制不當，都會嚴重影響焊接質量。（七）其他方面；焊前未清理干凈坡口上的銹、油和水分等，容易造成焊接過程中出現夾雜、氣孔等缺陷。對口間隙太大，會造成焊瘤；對口間隙太小，會造成焊縫根部焊不透。焊接時防風措施不到位，會增加焊縫的氣孔。焊接過程中使用的焊條未烘干，或焊條未使用保溫桶等因素，會導致焊縫成型不好，焊縫的氣孔增多，導致焊縫質量不能達標。

2、焊接缺陷造成的主要危害

焊接殘缺陷會造成焊接件疲勞強度下降，靜載荷、動載荷強度下降，韌性降低，抗腐蝕性差。焊接缺陷造成的主要危害是焊接應力集中。焊接缺陷造成的應力集中主要原因為，焊接截面變化而引起局部壓力改變，由于缺陷表現形式不同，造成的截面變化程度不同，對應力影響大小也各不相同。所以在焊接過程中和焊接后均會產生焊接應力，特別是較厚鋼板的焊接，會產生較大的殘余應力，從而導致熱裂紋或冷裂紋。焊接接頭形式不同也會造成不同程度的焊接應力集中。①焊接變形是結構件焊接制造過程中最常見問題之一，由于焊接過程是一個受到電弧電壓、電流、熱傳導、金屬相變和力學性能改變，局部快速的加熱到高溫并隨后快速冷卻的非線性瞬間熱傳導過程，整個焊接件的溫度變化急劇，焊縫周圍母材熱影響區的金相也隨溫度劇烈變化，其物理性能也隨之改變。焊接變形不僅會降低結構件本身強度，還會導致結構件裝配尺寸出現誤差，影響產品質量，降低生產效率。②降低產品疲勞強度，縮短產品使用壽命。由煤機產品結構件鋼板厚度較厚，結構較為復雜，所選母材材質含碳量較高，要求承受的動、靜載荷也較為復雜。焊縫應力集中，不僅造成焊縫處強度較低，同時對結構靜載荷非脆性破壞影響較大，縮短產品使用壽命，降低產品可靠性。③引發焊接件脆性斷裂。煤機產品結構件焊接過程中，產生的結構應力較大，同時過熱區和熔合區脆性和韌性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用時同時產生內應力，極有可能引起結構件的突然斷裂，造成安全事故。

3、焊接質量檢驗

對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質量的重要措施。因此，工件焊完后應根據產品技術要求對焊縫進行相應的檢驗，凡不符合技術要求所允許的缺陷，需及時進行返修。焊接質量的檢驗包括外觀檢查、無損探傷和機械性能試驗三個方面。這三者是互相補充的，而以無損探傷為主。

3.1外觀檢驗

①利用肉眼或放大鏡對焊縫進行外觀檢查，可發現焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。②利用專業測量儀器如焊接檢驗尺對焊縫的外形尺寸進行測量。

3.2無損探傷

無損探傷是指在不損壞被測件前提下，借助儀器設備對焊縫質量進行檢測，檢測方法有超聲報檢測、滲透檢測、磁粉檢測、射線檢測等。本文對煤炭機械焊縫常用的檢測方法進行介紹。①超聲波檢測，利用超聲波探傷儀產生的震蕩激勵探頭發射超聲波，對工件焊縫進行測試，探頭接收到反饋波后顯示到儀器屏幕上，從而查看被檢驗焊縫是否有焊接缺陷。超聲波無損檢測是目前最常用的焊縫檢測方法之一，其主要優點有：檢測范圍較大，缺陷定位準確，對檢測人員和環境不造成傷害。②滲透檢測，包含著色探傷檢測和熒光滲透檢測，主要檢測表面焊接缺陷，其主要原理為滲透液在毛細作用下，滲透至焊接表面，再施加顯像劑，缺陷內的殘留滲透劑又回滲到工件表面，從而顯示出缺陷形態，不受焊接結構影響。但滲透檢測相關檢測參數并不明確，需要在累積中總結，對檢驗人員業務能力要求較高。③磁粉檢測，主要用于檢測表面焊接裂紋缺陷的檢測方法，工件被磁化后在被測試件上撒上磁粉或磁懸液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便會吸附于缺陷位置，通過磁痕來顯示和判定缺陷位置、大小。檢驗結果相對直觀可靠。④X射線檢測，主要通過X射線成像設備，獲取焊接結構的數字成像圖并輸入計算機，由計算機對數字圖像進行處理，通過對缺陷圖像的提取，對焊接缺陷進行分析和判定。但X射線檢測在實際應用中有一定局限性。

3.3打壓試驗

對于油箱、水箱等要求密封性的結構件，進行打壓試驗，可根據自身條件選擇水壓試驗或氣壓試驗，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。

結束語

總而言之，對焊接質量造成影響的因素較為復雜，不但有人的因素，也有外界條件的因素，因此，在焊接過程中要嚴格加強過程控制，創造良好的焊接條件，盡量減少和避免焊接缺陷，以促進焊接質量的提升。

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（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）