焊接裂紋的形成機(jī)理與預(yù)防措施

1、.焊接裂紋的形成機(jī)理與預(yù)防措施1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的原因焊接冷裂紋在焊后較低的溫度下形成。由于這種裂紋形成與氫有關(guān)，且有延遲開(kāi)裂的特點(diǎn)，因此又稱之為焊接氫致裂紋或延遲裂紋。產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個(gè)必要條件：（ 1）氫。氫的主要來(lái)源是焊材中的水分和焊接區(qū)域中的油污、鐵銹、水以及大氣中的水汽等。 這些水、鐵銹或有機(jī)物經(jīng)焊接電弧的高溫?zé)嶙饔梅纸獬蓺湓佣M(jìn)入焊接熔池中。 在焊接過(guò)程中氫除向大氣中擴(kuò)散外， 余下的在焊縫中呈過(guò)飽和狀態(tài)， 即在焊縫中存在著擴(kuò)散氫。 根據(jù)氫脆理論， 這種擴(kuò)散氫將向應(yīng)變集中區(qū)（如微裂紋或缺口尖端附近） 擴(kuò)散，當(dāng)該區(qū)的氫濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，裂紋便繼續(xù)擴(kuò)展。（ 2）應(yīng)力。依據(jù)目前國(guó)內(nèi)

2、及國(guó)際的施工水平，在球罐的組裝過(guò)程中總會(huì)存在或多或少的強(qiáng)力組對(duì)， 所以在組裝完成后便存在著內(nèi)應(yīng)力， 這種應(yīng)力在焊后整體熱處理完成后也不可能完全消除。 再加上球罐焊接是一個(gè)局部加熱過(guò)程，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變的循環(huán)，因此球罐焊接后必然存在殘余應(yīng)力。（ 3）組織。焊接熱影響區(qū)組織中過(guò)硬的馬氏體含量越多越容易產(chǎn)生冷裂紋。.3、防止產(chǎn)生焊接冷裂紋的措施（ 1）盡量選用對(duì)冷裂紋不敏感的材料選用內(nèi)在質(zhì)量好的母材。即選用碳當(dāng)量低的優(yōu)質(zhì)鋼材， 尤其是避免母材大型夾渣。 所以在球殼板制造前必須對(duì)板材進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波檢查，對(duì)有嚴(yán)重夾層等缺陷的鋼材不得使用。（ 2）盡量減少氫的來(lái)源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊

3、條，必要時(shí)要采用超低氫型的焊條； 第二，焊條使用前一定要按產(chǎn)品使用說(shuō)明進(jìn)行烘干，并貯存在 100150的恒溫箱中，在使用時(shí)放入保溫筒內(nèi)并隨用隨取，在保溫筒內(nèi)存放時(shí)間不得超過(guò) 4h，否則要按原烘干溫度重新烘干，重復(fù)烘干不得超過(guò)兩次；第三，要徹底去除焊接坡口表面及坡口兩側(cè) 20mm范圍內(nèi)的油污、水分，、鐵銹及其他雜物；第四，不在雨雪天及空氣相對(duì)濕度大于 90%時(shí)施焊；第五，采取有效的防風(fēng)措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離保護(hù)。（ 3）選用適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度降低了焊縫冷卻速度， 可使氫更易從焊縫熔池向大氣中擴(kuò)散， 減少了焊縫中擴(kuò)散氫含量，并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度

4、和焊縫的冷卻速度， 盡量減少馬氏體的含量，減小溫差應(yīng)力。 預(yù)熱溫度應(yīng)通過(guò)工藝評(píng)定來(lái)確定， 預(yù)熱范圍一般為坡口兩側(cè)三倍球殼板厚度且不小于 100mm。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)還應(yīng)增大預(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。對(duì)縱縫應(yīng)整條焊縫同時(shí)預(yù)熱，不能分段預(yù)熱。（ 4）選用適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟群秃鬅釙r(shí)間。隨著焊接層數(shù)的增多，焊.縫中擴(kuò)散氫會(huì)逐漸積累。 因此焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱， 使擴(kuò)散氫有充分的時(shí)間溢出，同時(shí)還可以降低焊縫中的殘余應(yīng)力，減少冷裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。（ 5）焊接過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)膶娱g溫度，適當(dāng)?shù)膶娱g溫度也能延緩焊縫的冷卻時(shí)間， 起到一定的去氫和降低殘余應(yīng)力的作用， 層間溫度不得低于預(yù)熱溫度下限值。（ 6）采用合適的線能量。若焊

5、接線能量過(guò)小，焊縫熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織， 再加上擴(kuò)散氫的作用， 焊縫容易產(chǎn)生冷裂紋； 若線能量過(guò)大又會(huì)使焊縫熱影響區(qū)的軟化區(qū)寬度增加， 使焊縫缺口的韌性降低， 球罐整體的機(jī)械性能下降。焊接缺陷是影響焊接質(zhì)量最直接的原因， 而焊接裂紋作為最難解決的焊接缺陷之一，在焊管生產(chǎn)中時(shí)有出現(xiàn)。焊接裂紋有橫向裂紋和縱向裂紋兩種，其中縱向裂紋為可見(jiàn)典型裂紋斷口，帶圓弧的光滑自由面， 有時(shí)有氧化物，電子探針發(fā)現(xiàn)沒(méi)其他夾雜物。 預(yù)防措施為：1 冶金因素控制焊縫中 S、P、C 含量，是提高抗裂性、減少結(jié)晶裂紋的有效措施。在焊管生產(chǎn)中，選擇合適的焊絲、焊劑，有效控制其 S、P、C 含量，使減少焊縫縱向裂紋的有效措

6、施。2 接頭坡口形式.合適的焊接坡口是減少焊接裂紋的有效措施， 當(dāng)卷板較厚，板位控制難時(shí)會(huì)增加裂紋成形幾率， 提高對(duì)頭質(zhì)量， 盡量使鋼管在成型過(guò)程中產(chǎn)生較小的殘余應(yīng)力，能減少結(jié)晶裂紋。3 工藝因素減少熱輸入， 能在焊縫中形成較小晶粒尺寸組織； 降低焊接速度， 可以使晶粒的端部并列長(zhǎng)大擠壓在一起， 避免偏析集中； 此外寬焊縫相對(duì)窄焊縫能防止晶粒長(zhǎng)大直接鵬在一起，避免偏析集中。焊接橫向裂紋，其走向垂直于焊縫，具有沿晶和穿晶特點(diǎn)，預(yù)防措施為：1 冶金方面1）要保證板材優(yōu)良的力學(xué)性能，保證強(qiáng)度和韌性要求， 盡量減少鋼中雜質(zhì)；2）盡量選用低氫和高強(qiáng)度、高韌性的焊接材料，選用合適的焊絲、焊劑匹配，嚴(yán)格清理

7、焊絲和焊接區(qū)域，烘干焊劑。2 工藝方面1）焊接線能量過(guò)大，會(huì)使近縫區(qū)晶粒粗大；線能量過(guò)小，會(huì)使熱影響區(qū)淬硬，這些都導(dǎo)致橫向裂紋產(chǎn)生，應(yīng)選擇合適的焊接線能量；2）預(yù)熱可降低冷卻速度，有效防止橫向裂紋產(chǎn)生；3）焊后延緩冷卻可使氫充分逸出，也能防止焊縫橫向裂紋產(chǎn)生焊接是利用加熱或加壓等手段，使分離的兩部分金屬， 借助于原子的擴(kuò)散與結(jié)合而形成原子間永久性連接的工藝方法。.焊接方法的種類(lèi)很多，根據(jù)實(shí)現(xiàn)金屬原子間結(jié)合的方式不同， 可分為熔化焊、壓力焊和釬焊 3 大類(lèi)。焊接方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）成形方便：焊接方法靈活多樣，工藝簡(jiǎn)便；在制造大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和零件時(shí)，可采用鑄焊、鍛焊方法，化大為小，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單

8、，再逐次裝配焊接而成。（2）適應(yīng)性強(qiáng)：采用相應(yīng)的焊接方法，不僅可生產(chǎn)微型、大型和復(fù)雜的金屬構(gòu)件，也能生產(chǎn)氣密性好的高溫、 高壓設(shè)備和化工設(shè)備； 此外，采用焊接方法，還能實(shí)現(xiàn)異種金屬或非金屬的連接。（3）生產(chǎn)成本低：與鉚接相比，焊接結(jié)構(gòu)可節(jié)省材料 10%20%，并可減少劃線、鉆孔、裝配等工序。另外，采用焊接結(jié)構(gòu)能夠按使用要求選用材料。在結(jié)構(gòu)的不同部位，按強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫等要求選用不同材料，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。焊接電弧是電極與工件之間的強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。電弧的構(gòu)造：焊接電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)3 部分組成。采用直流弧焊機(jī)焊接時(shí)有正接法與反接法之分，正接是將工件接電源正極，焊

9、條接負(fù)極；反接是將工件接電源負(fù)極，焊條 ( 或電極 ) 接正極。用鋼焊條焊接工件時(shí)，陽(yáng)極區(qū)溫度約為 2600K，陰極區(qū)溫度約為 2400K，電弧中心區(qū)溫度最高，可達(dá) 60008000K。焊條電弧焊時(shí)，對(duì)焊接電源的基本要求有：.（1）具有陡降的特性；（2）具有一定的空載電壓以滿足引弧的需要，一般為50 90V；（3）限制適當(dāng)?shù)亩搪冯娏?，以保證焊接過(guò)程頻繁短路時(shí)，電流不致無(wú)限增大而燒毀電源。短路電流一般不超過(guò)工作電流的1.25 2 倍。常用焊接電源的類(lèi)型有交流弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)和交、直流兩用弧焊機(jī)。四、焊接冶金過(guò)程有何特點(diǎn)？焊接過(guò)程中為什么要對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)？焊接冶金過(guò)程特點(diǎn)：電弧焊時(shí)，被熔化

10、的金屬、熔渣、氣體三者之間進(jìn)行著一系列物理化學(xué)反應(yīng)， 如金屬的氧化與還原， 氣體的溶解與析出， 雜質(zhì)的去除等。因此，焊接熔池可以看成是一座微型冶金爐。 但是，焊接冶金過(guò)程與一般的冶煉過(guò)程不同，主要有以下特點(diǎn)。（1）冶金溫度高：容易造成合金元素的燒損與蒸發(fā)；（2）冶金過(guò)程短：焊接時(shí)，由于焊接熔池體積小 ( 一般 2 3cm3)，冷卻速度快，液態(tài)停留時(shí)間短 ( 熔池從形成到凝固約 10s) ，各種化學(xué)反應(yīng)無(wú)法達(dá)到平衡狀態(tài)，在焊縫中會(huì)出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的偏析現(xiàn)象。（3）冶金條件差：焊接熔池一般暴露在空氣中，熔池周?chē)臍怏w、鐵銹、油污等在電弧的高溫下， 將分解成原子態(tài)的氧、 氮等，極易同金屬元素產(chǎn)生化

11、學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成的氧化物、氮化物混入焊縫中，使焊縫的力學(xué)性能下降；空氣中水分分解成氫原子，在焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂縫等缺陷，會(huì)出現(xiàn)“氫脆”現(xiàn)象。.上述情況將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量， 因此，必須采取有效措施來(lái)保護(hù)焊接區(qū)， 防止周?chē)泻怏w侵入金屬熔池。（ 7）防止強(qiáng)力組對(duì)。在球罐組對(duì)過(guò)程中選用合適的工藝和組裝機(jī)具，盡量避免強(qiáng)力組對(duì)。強(qiáng)力組對(duì)將使球罐在焊接前就存在強(qiáng)大的附加內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在焊后也不可能完全消除。（ 8）減小錯(cuò)邊和角變形。在錯(cuò)邊和角變形存在的部位，曲率發(fā)生了突變，所以焊后將會(huì)存在強(qiáng)大的殘余內(nèi)應(yīng)力。（ 9）采用合理的焊接順序。當(dāng)采用合理的順序焊接時(shí)，整臺(tái)球罐將同時(shí)對(duì)稱地收縮或膨脹， 這樣能控

12、制焊接變形， 減小焊接殘余應(yīng)力。 球罐焊接應(yīng)遵循先縱縫后環(huán)縫， 先大坡口后小坡口， 先赤道后溫帶最后極帶的原則， 而且焊工應(yīng)對(duì)稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要采用分段退焊法， 分段長(zhǎng)度為 600700mm。（10）避免工藝缺陷的產(chǎn)生。咬邊、未焊透、長(zhǎng)條狀?yuàn)A渣等工藝缺陷部位是應(yīng)力集中區(qū)，這些部位容易產(chǎn)生冷裂紋。（11）確保封底焊縫的質(zhì)量，封底焊縫要自上而下焊接，不能采用.擺動(dòng)、為了防止裂縫， 減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。3.1 控制溫度的措施如下：采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中水泥用量；拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以

13、降低混凝土的澆筑溫度；熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。.3.2 改善約束條件的措施是：合理地分縫分塊；避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏；合理地安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。此外，改善混凝土的性能提高抗裂能力， 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的， 因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土的施工中，

14、 為了提高模板的周轉(zhuǎn)率， 往往要求新澆筑的混凝土心早拆模。 當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力， 與水化熱應(yīng)力迭加， 再加上混凝土干縮， 表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值， 就在導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)， 但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一.輕型保溫材料， 如泡沫海棉等， 對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力， 具有顯著效果。加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，

15、 因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。 在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。 由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的 7 15 倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力過(guò)到抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂時(shí)， 鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò) 100200kg/cm . 因此，在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、 間距小、寬度與嘗試較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)， 對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好。 混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫， 其中大

16、多數(shù)量屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。挑弧、滅弧的施焊方法目前，砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫，非常常見(jiàn)。其裂縫程度輕重不一，差別很大。輕則影響房屋正常使用和美觀， 嚴(yán)重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患， 甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的發(fā)展，房屋裂縫問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。砌體屬于脆性材料， 裂縫的存在降低了墻體的質(zhì)量， 如整體性、耐久性和抗震性能， 同時(shí)墻體的裂縫給居住者在感觀上和心理上造成不良影響。 特.別是隨著我國(guó)墻改、 住房商品化的進(jìn)展， 人們對(duì)居住環(huán)境和建筑質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)建筑物墻體裂縫的控制的要求更為嚴(yán)格。 由于建筑物的質(zhì)量低劣， 如墻

17、體裂縫、滲漏等涉及的糾紛或官司也越來(lái)越多， 建筑物的裂縫已成為住戶評(píng)判建筑物安全的一個(gè)非常直觀、 敏感和首要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 因此加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)， 特別是新材料砌體結(jié)構(gòu)的抗裂措施， 已成為工程量、 國(guó)家行政主管部門(mén)， 以及房屋開(kāi)發(fā)商共同關(guān)注的課題。磚砌體結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因1、溫差變形引發(fā)的磚砌體裂縫這類(lèi)裂縫較典型和普遍的是建筑物 ( 特別是那些縱向較長(zhǎng)的 ) 頂層兩端內(nèi)外縱墻上的斜裂縫，其形態(tài)呈“八”字或“ X”型，且顯對(duì)稱性，但有時(shí)僅一端有，輕微者僅在兩端 12 個(gè)開(kāi)間內(nèi)出現(xiàn)，嚴(yán)重者會(huì)發(fā)展至房屋兩端 1/3 縱長(zhǎng)范圍內(nèi)， 并由頂層向下幾層發(fā)展。 此類(lèi)型縫對(duì)那種剛性屋面平屋頂、 未設(shè)變形縫、隔熱層的

18、房屋， 更易發(fā)生。產(chǎn)生的直接原因是混凝土結(jié)構(gòu)屋面的伸縮變形牽引其下磚砌體超過(guò)其材料抗拉強(qiáng)度的結(jié)果。 具體的機(jī)理可認(rèn)為是： 在陽(yáng)光照射下 ( 特別是南方地區(qū) ) 屋面板溫度可高達(dá) 60 70，而在其下的磚砌體僅為 3035，如此大的溫差， 加上混凝土線膨脹系數(shù)比磚砌體近似大一倍， 可計(jì)算出砌體中的主拉應(yīng)力。2、地基基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫.一般在建筑物下部，由下往上發(fā)展，呈“八”字、倒“八”字、水平及豎縫。當(dāng)長(zhǎng)條形的建筑物中部沉降過(guò)大， 則在房屋兩端由下往上形成正 “八”字縫，且首先在窗對(duì)角突破；反之，當(dāng)兩端沉降過(guò)大，則形成的兩端由下往上的倒摪藬字縫，也首先在窗對(duì)角突破， 還可在底層中部窗臺(tái)處突破形成由上至下豎縫；當(dāng)某一端下沉過(guò)大時(shí)， 則在某端