鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中裂紋和氣孔的形成原因及預(yù)防措施

1、焊接原理中裂紋和氣孔地形成原因及預(yù)防措施摘要：本文通過(guò)闡述 , 詳細(xì)介紹了焊接施工中焊縫常見(jiàn)地裂紋與氣孔缺陷地 分類(lèi)以及產(chǎn)生原因 , 從而深入淺出地為上述缺陷提出較為詳細(xì)地預(yù)防措施 , 并謹(jǐn) 以此為焊接施工提供一點(diǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn) , 以供各位同行批評(píng)指正 .關(guān)鍵詞：熱裂紋 冷裂紋 氣孔 產(chǎn)生原因 防治措施一、裂紋它是焊接施工中比較普遍地而又十分嚴(yán)重地缺陷 ,它是在焊接應(yīng)力及其他致 脆因素共同作用下 ,焊接接頭中局部區(qū)域地金屬原子結(jié)合力遭到破壞而使焊接面 產(chǎn)生裂紋 ,實(shí)質(zhì)上 ,就是焊接后焊口在冷卻過(guò)程產(chǎn)生地?zé)釕?yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度所導(dǎo)致 地裂紋 .裂紋地分類(lèi)：裂紋地分法多 ,按其產(chǎn)生溫度可分為熱裂紋、冷裂紋

2、、再熱 裂紋 .按部位可以分為縱裂紋、橫裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熔合線(xiàn)裂紋等等.這里主要介紹一下冷裂紋和熱裂地產(chǎn)生、特點(diǎn)和預(yù)防 .1、 熱裂紋地產(chǎn)生及預(yù)防1.1、熱裂紋地產(chǎn)生原因： 因?yàn)楹讣昂笚l內(nèi)含硫、銅等低熔點(diǎn)雜質(zhì)或多或少地存在 ,使得結(jié)晶凝固晚 , 凝固后地塑性和強(qiáng)度又極低 .因此 ,在焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中存在偏析現(xiàn)象 ,偏析 出地這些低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì) ,由于低熔點(diǎn)共晶熔點(diǎn)低 ,往往是最后結(jié)晶 ,在晶界以 液態(tài)夾層地方式存在 ,這時(shí) ,當(dāng)外界結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬地凝固收縮作 用下 ,熔池中低熔點(diǎn)雜質(zhì)在凝固過(guò)程中被拉開(kāi) ,被拉開(kāi)地液態(tài)夾層產(chǎn)生地間隙己沒(méi) 有足夠地低熔點(diǎn)液態(tài)金屬來(lái)填

3、充形成了裂紋 ,或在是在凝固后不久被拉開(kāi) ,造成開(kāi) 裂 ,這就是熱裂紋產(chǎn)生地機(jī)理 .1.2、熱裂紋地特征：1.2.1 、 多貫穿在焊縫表面 ,裂口多數(shù)貫穿表面 ,并斷口被氧化色彩 ,裂紋末端略呈 圓形；、多在焊縫中心位置 ,沿焊縫長(zhǎng)度方向分布 ,極少數(shù)也產(chǎn)生在熱影響區(qū)；、微觀特征一般是沿晶界開(kāi)裂 ,故又稱(chēng)之為晶間裂紋；、并在焊后立即可見(jiàn) ,多可以用肉眼看見(jiàn) ,1.3、熱裂紋地防止措施：1.3.1 、 限制或減小硫、磷等有害元素地含量 ,用含碳量較低地焊條焊接；、改善熔池地一次結(jié)晶 ,由于細(xì)化晶粒可以提高焊縫中地抗裂性 ,所以廣泛 采用向焊縫中加入細(xì)化晶粒地元素 ,如鈦、鋁、鋯、硼、或稀土金屬鈰

4、等 .、控制焊接工藝參數(shù) ,適當(dāng)提高焊縫成形系數(shù) ,如采用多層多道焊 ,避免偏析 地產(chǎn)生等 .、采用堿性焊條和焊劑 ,由于堿性焊條脫硫、磷效果好 ,抗熱裂紋地效果好 , 一般對(duì)于熱裂紋傾向較大地構(gòu)件 ,一般都采用堿性焊條進(jìn)行焊接 .、采用適當(dāng)?shù)財(cái)嗷》绞?,如埋弧焊采用斷弧板 ,焊條電弧焊采用斷弧焊或填 滿(mǎn)弧坑地方法來(lái)防止熱裂紋地產(chǎn)生 .、合理選用焊接規(guī)范 ,嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù) ,并采用預(yù)熱和后熱 ,減慢冷卻 速度 ,適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù) ,盡可能采用小電流多層多道焊 ,以避免焊縫中心 產(chǎn)生裂紋；、采用熔深較淺地焊縫 ,改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不 存在于焊縫中；、采用合理地裝配

5、次序 ,減小焊接應(yīng)力 ,降低殘余應(yīng)力 ,避免應(yīng)力集中 .2、 冷裂紋地產(chǎn)生及預(yù)防：2.1、冷裂紋地產(chǎn)生原因： 冷裂紋主要產(chǎn)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼和中合金高強(qiáng)度鋼中.產(chǎn)生冷裂地原因主要有三個(gè)方面： 鋼地淬硬傾向 ,焊接應(yīng)力 ,較多地氫地存在和聚集 .許多情況 下 ,氫是誘發(fā)冷裂紋最活躍因素之一 .當(dāng)焊縫中淬硬傾向和焊接應(yīng)力過(guò)大 ,使熱影 響區(qū)存在顯微缺陷時(shí) ,氫會(huì)在這些缺陷處聚集 ,并由原子態(tài)轉(zhuǎn)為分子態(tài) ,加上焊接 應(yīng)力地作用 ,使顯微缺陷擴(kuò)大 ,從而形成冷裂紋 .2.2、冷裂紋地特征：2.2.1 、 冷裂紋斷面表面沒(méi)有氧化色彩 ,它是較低溫度產(chǎn)生地 ,（200300 度以下） 一般不可以

6、用肉眼看到 ,要做著色才可以看到 .、冷裂紋一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)或焊縫與熱影響區(qū)地熔合線(xiàn)上 ,也有極少數(shù) 產(chǎn)生在焊縫上 .、冷裂紋一般為穿晶裂紋 ,少數(shù)也有可能沿晶界發(fā)生 .、冷裂紋一般在焊后并不立即出現(xiàn) ,而是在焊后幾小時(shí)、 幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間 才出現(xiàn) .2.3、 冷裂紋地防止措施：2.3.1 、 選用堿性低氫型焊條 ,減少焊縫中擴(kuò)散氫地含量；、嚴(yán)格遵守焊接材料 （焊條、焊劑 ）地保管、烘焙、使用制度 ,焊條和焊劑應(yīng) 按規(guī)定烘干 ,隨用隨取 ,謹(jǐn)防受潮；、保護(hù)氣體要控制其純度 ,嚴(yán)格清理焊條、 焊件地油、 銹、水分并控制焊接 環(huán)境地濕度 ,從而減少氫地來(lái)源；、改善焊縫金屬性能 .如加入一些合金元

7、素可以提高焊縫中地塑性 .、根據(jù)材料等級(jí)、 碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等 ,正確地選擇焊接工藝參 數(shù)和線(xiàn)能量 ,例如：采用焊前預(yù)熱 ,焊后緩冷 ,采取多層多道焊接 ,控制一定地層 間溫度等 ,改善焊縫熱影響區(qū)地組織 ,去氫和消除焊接應(yīng)力 .、焊后緊急熱處理 ,以去氫、消除內(nèi)應(yīng)力和淬硬組織回火 ,改善接頭韌性；、采用合理地施焊程序 ,采用分段退焊法等 ,減少焊接變形和焊接應(yīng)力 .二、氣孔焊縫中地氣孔是焊接缺陷之一 ,對(duì)一般非壓力容器構(gòu)件來(lái)說(shuō) ,不認(rèn)為是重要缺 陷 ,往往被人們所忽視 ,但氣孔會(huì)降低焊接接頭地機(jī)械性能 ,產(chǎn)生應(yīng)力集中 ,它地存 在減少了焊縫有效工作截面 ,降低了接頭地機(jī)械強(qiáng)度 .嚴(yán)

8、重時(shí)會(huì)造成脆性破壞 ,影 響產(chǎn)品質(zhì)量 .若是有穿透性或連續(xù)性氣孔存在 ,將會(huì)嚴(yán)重影響焊件地密封性 .可是 , 在鋼制結(jié)構(gòu)地焊接中 ,若在幾米或十幾米乃至更長(zhǎng)地焊縫上 ,要保證不出一個(gè)氣孔 只有通過(guò)采取采性氣體對(duì)焊縫正面形成良好保護(hù) ,保證一次焊透 ,或采用帶背面止 口地接頭形式 ,才可防止氣孔地產(chǎn)生 .1、 氣孔地產(chǎn)生及預(yù)防1.1、氣孔地產(chǎn)生原因：焊縫內(nèi)部易形成氣孔 ,主要原因是從熔池上方和熔池底部卷入空氣所致 .具體 地講,就是在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中 , 由于焊件表面地油、污、銹、垢及氧化膜沒(méi)有清 除干凈、焊條受潮或質(zhì)量不好、焊炬擺幅快而大、焊接現(xiàn)場(chǎng)周?chē)L(fēng)力較大、焊接 速度過(guò)快、焊絲和母材地化學(xué)

9、成分不匹配等諸多因素 ,造成焊縫金屬在高溫時(shí) ,吸 收了過(guò)多環(huán)境中地氣體（如 02、H2、N2）或由于溶池內(nèi)部冶金反應(yīng)產(chǎn)生地氣體(如CO),在溶池冷卻凝固時(shí)來(lái)不及排出，而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴1.2、氣孔地防止措施在焊接施工中,如何控制好過(guò)多地環(huán)境氣體(如 。2、H2、N2、)及時(shí)排除才是 氣孔預(yù)防措施地關(guān)鍵之所在 ,下面將逐一進(jìn)行介紹各種有害氣體地來(lái)源、危害以 及具體地控制措施 .1.2.1 、 氧在焊縫中地作用：1.2.1.1 、氧地來(lái)源：焊接區(qū)地氧主要來(lái)自電弧中地氧化性氣體(如二氧化碳、 氧、水等)、焊劑、藥皮中地水份和焊件表面地鐵銹、水份 .、氧對(duì)焊縫質(zhì)量地影響：1) 加速焊縫中有益

10、元素地?zé)龘p ,而使焊縫地強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性降低 .2) 降低焊縫地物理性能和化學(xué)性能 ,如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和抗腐蝕性等 .3) O2 與 H2、 C 反應(yīng),形成不溶于金屬地氣體 ,如果結(jié)晶時(shí)來(lái)不及逸出焊縫 ,則 形成氣孔 .、氧氣孔在焊縫中地特征： 氧氣孔主要發(fā)生在碳鋼焊縫中 ,一般情況下存 在于焊縫地內(nèi)部 ,氣孔沿結(jié)晶方向分布 ,呈條狀或不規(guī)則形狀 ,表面光滑 .、控制氧地措施：1) 加強(qiáng)保護(hù) ,如采用短弧焊 ,選用合適地氣體流量 ,防止空氣入侵 .2) 清理焊件表面地水分、油污、鐵銹 ,按規(guī)定烘干焊條、焊劑等焊接材料 .3) 對(duì)焊縫采用一定地脫氧措施 .如采用含脫氧元素較高地焊條、焊劑 .

11、、氫對(duì)焊縫地作用：1.2.2.1 、氫地來(lái)源：焊縫中地氫主要來(lái)自受潮地藥皮或焊劑中水份、焊條、焊劑中地有機(jī)物、空 氣中地水份、焊件表面地鐵銹、油脂及油漆 .、氫對(duì)焊縫質(zhì)地影響：1) 形成氣孔 ,焊縫中飽和地氫來(lái)不及逸出焊縫時(shí) ,就形成了氣孔 .2) 產(chǎn)生氫白點(diǎn)和氫脆；3) 氫也是產(chǎn)生冷裂紋地主要原因之一 .、氫氣孔在焊縫中地特征： 在焊接碳鋼和低合金鋼時(shí) ,氫氣孔主要出現(xiàn)在焊 縫表面,以單個(gè)出現(xiàn),在返修磨刨時(shí)明顯感覺(jué)很深 ,氣孔內(nèi)壁光滑 ,焊接鋁、鎂等 有色金屬時(shí) ,主要了產(chǎn)生在焊縫地內(nèi)部 .、控制氫地措施：1) 清理焊件及焊絲表面地油污 ,鐵銹、水份 .2) 焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑 .氣體

12、保護(hù)焊對(duì)氣體進(jìn)行去水份、干燥處理 .3) 盡量選用低氫型焊條 ,焊接時(shí)采用直流反接、短弧操場(chǎng)作 .4) 對(duì)焊縫進(jìn)行消氫處理 ,如焊前預(yù)熱 ,焊后緩冷 .、氮對(duì)焊縫地作用： 、氮地來(lái)源：焊接時(shí)熔池中地氮主要來(lái)自空氣中 、氮對(duì)焊縫質(zhì)量地影響： 焊縫中飽和地氮來(lái)不及逸出焊縫時(shí) ,就形成了氣孔 , 同時(shí)也影響焊縫地力學(xué)性能 .、氮?dú)饪自诤缚p中地特征：氮?dú)饪滓话惆l(fā)生有焊縫地表面(多層焊在每層 地表面)成堆、蜂窩狀出現(xiàn) ,焊條電弧焊一般在接頭引弧處出現(xiàn)較多 ,生產(chǎn)中 也是出現(xiàn)得比較多地氣孔 .、控制氮地措施：1) 清理焊件及焊絲表面地油污 ,鐵銹、水份 ,焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑 .2) 氣體保護(hù)焊對(duì)保護(hù)氣體進(jìn)行去水份、干燥處理 ,氣體純度要達(dá)到要求 ,有風(fēng) 時(shí)要有防風(fēng)措施 .3) 不得使用藥皮開(kāi)裂、藥皮脫落、變質(zhì)、偏心或生銹地焊條 .4) 選用合適地焊接工藝參數(shù) ,堿性焊條時(shí)要采用短弧焊 ,電流采用直反接 .三、結(jié)束語(yǔ)：綜上所述：鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中 , 裂紋和氣孔缺陷均會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中 , 縮短使用壽命 ,造成脆裂 ,降低結(jié)構(gòu)斷面尺寸 ,影響焊縫地力學(xué)性能 ,危及安全 .因 此,在重要乃至關(guān)鍵部位地鋼結(jié)構(gòu)制作安裝中 , 必須加強(qiáng)焊接工