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)生焊接冷裂紋的緣由     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。在焊接過程中氫除向大氣中集中外，余下的在焊縫中呈過飽和狀態(tài)，即在焊縫中存在著集中氫。依據(jù)氫脆理

2、論，這種集中氫將向應(yīng)變集中區(qū)（如微裂紋或缺口尖端四周）集中，當(dāng)該區(qū)的氫濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，裂紋便連續(xù)擴(kuò)展。     （2）應(yīng)力。依據(jù)目前國(guó)內(nèi)及國(guó)際的施工水平，在球罐的組裝過程中總會(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行能完全消退。再加上球罐焊接是一個(gè)局部加熱過程，在焊接過程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變的循環(huán)，因此球罐焊接后必定存在殘余應(yīng)力。     （3）組織。焊接熱影響區(qū)組織中過硬的馬氏體含量越多越簡(jiǎn)潔產(chǎn)生冷裂紋。     3、防

3、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，尤其是避開母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必需對(duì)板材進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波檢查，對(duì)有嚴(yán)峻夾層等缺陷的鋼材不得使用。     （2）盡量削減氫的來源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊條，必要時(shí)要接受超低氫型的焊條；其次，焊條使用前肯定要按產(chǎn)品使用說明進(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4h，否則要按原烘干溫度重新烘干，重復(fù)烘干不得超過兩次；第三，要徹底

4、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，實(shí)行有效的防風(fēng)措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離愛護(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集中，削減了焊縫中集中氫含量，并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度和焊縫的冷卻速度，盡量削減馬氏體的含量，減小溫差應(yīng)力。預(yù)熱溫度應(yīng)通過工藝評(píng)定來確定，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)

5、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，焊縫中集中氫會(huì)漸漸積累。因此焊后應(yīng)馬上進(jìn)行后熱，使集中氫有充分的時(shí)間溢出，同時(shí)還可以降低焊縫中的殘余應(yīng)力，削減冷裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。    （5）焊接過程中保持適當(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，起到肯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）接受合適的線能量。若焊接線能量過小，焊縫熱影響區(qū)簡(jiǎn)潔消滅淬硬組織，再加上集中氫的作用，焊縫簡(jiǎn)潔產(chǎn)生冷裂紋

6、；若線能量過大又會(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)量最直接的緣由，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)有消滅。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)覺沒其他夾雜物。預(yù)防措施為：1冶金因素把握焊縫中S、P、C含量，是提高抗裂性、削減結(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，有效把握其S、P、C含量，使削減焊縫縱向裂紋的有效措施。2接頭坡口形式合適的焊接坡口是削減焊接裂紋的有效措施，當(dāng)卷板較厚，板位把握難時(shí)會(huì)增加裂紋成形幾率，提高

7、對(duì)頭質(zhì)量，盡量使鋼管在成型過程中產(chǎn)生較小的殘余應(yīng)力，能削減結(jié)晶裂紋。3工藝因素削減熱輸入，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，避開偏析集中；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，避開偏析集中。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，盡量削減鋼中雜質(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)格清理焊絲和焊接區(qū)域，烘干焊劑。2工藝方面1）焊接線能量過大，會(huì)使近縫區(qū)晶粒粗大；線能量過小，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)

8、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，使分別的兩部分金屬，借助于原子的集中與結(jié)合而形成原子間永久性連接的工藝方法。焊接方法的種類很多，依據(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。焊接方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）成形便利：焊接方法機(jī)敏多樣，工藝簡(jiǎn)便；在制造大型、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和零件時(shí)，可接受鑄焊、鍛焊方法，化大為小，化簡(jiǎn)單為簡(jiǎn)潔，再逐次裝配焊接而成。（2）適應(yīng)性強(qiáng)：接受相應(yīng)的焊接方法，不僅可生產(chǎn)微型、大型和簡(jiǎn)單的金屬構(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

9、，接受焊接方法，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%，并可削減劃線、鉆孔、裝配等工序。另外，接受焊接結(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猛烈而長(zhǎng)久的氣體放電現(xiàn)象。電弧的構(gòu)造：焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)3部分組成。接受直流弧焊機(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)

10、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）具有肯定的空載電壓以滿足引弧的需要，一般為5090V；（3）限制適當(dāng)?shù)亩搪冯娏?，以保證焊接過程頻繁短路時(shí)，電流不致無限增大而燒毀電源。短路電流一般不超過工作電流的1.252倍。常用焊接電源的類型有溝通弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)和交、直流兩用弧焊機(jī)。四、焊接冶金過程有何特點(diǎn)？焊接過程中為什么要對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行有效愛護(hù)？焊接冶金過程特點(diǎn)：電弧焊時(shí)，被熔化的金屬、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，焊接冶金過程與一般的冶煉

11、過程不同，主要有以下特點(diǎn)。（1）冶金溫度高：簡(jiǎn)潔造成合金元素的燒損與蒸發(fā)；（2）冶金過程短：焊接時(shí)，由于焊接熔池體積小(一般23cm3)，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)無法達(dá)到平衡狀態(tài)，在焊縫中會(huì)消滅化學(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，熔池四周的氣體、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)消滅“氫脆”現(xiàn)象。上述狀況將嚴(yán)峻影響焊接質(zhì)量，因此，必需實(shí)行有效措施來愛護(hù)焊接區(qū)

12、，防止四周有害氣體侵入金屬熔池。    （7）防止強(qiáng)力組對(duì)。在球罐組對(duì)過程中選用合適的工藝和組裝機(jī)具，盡量避開強(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)力在焊后也不行能完全消退。    （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）接受合理的焊接挨次。當(dāng)接受合理的挨次焊接時(shí)，整臺(tái)球罐將同時(shí)對(duì)稱地收縮或膨脹，這樣能把握焊接變形，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

13、坡口，先赤道后溫帶最終極帶的原則，而且焊工應(yīng)對(duì)稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要接受分段退焊法，分段長(zhǎng)度為600700mm。    （10）避開工藝缺陷的產(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)，這些部位簡(jiǎn)潔產(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，不能接受搖擺、為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從把握溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。     3.1把握溫度的措施如下：     3.1.1接受改

14、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削減混凝土中水泥用量；     3.1.2拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；     3.1.3熱天澆筑混凝土?xí)r削減澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；     3.1.4在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；     3.1.5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；     3.1.6

15、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)實(shí)行保溫措施。     3.2改善約束條件的措施是：     3.2.1合理地分縫分塊；     3.2.2避開基礎(chǔ)過大起伏；     3.2.3合理地支配施工工序，避開過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。     此外，改善混凝土的性能提高抗裂力量，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特殊是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是格外重要，應(yīng)特殊留意避開產(chǎn)生貫穿裂縫，消滅后要

16、恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是格外困難的，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，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，消滅“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，必定引起溫度梯度，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)致裂縫的危急，但假如在拆除模板后準(zhǔn)時(shí)在表面掩蓋一

17、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，由于大體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715倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力過到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過100200kg/cm .因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的消滅很困難。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

18、、寬度與嘗試較小了。而且假如鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)，對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面經(jīng)常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(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)度和耐久性仍有肯定的影響。 挑弧、滅弧的施焊方法目前，砌體結(jié)構(gòu)的房屋消滅各種型式的裂縫，非經(jīng)常見。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)峻的將形成結(jié)構(gòu)平安隱患，甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的進(jìn)展，房屋裂縫問題越來越引起人們的關(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

19、觀上和心理上造成不良影響。特殊是隨著我國(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)建筑物墻體裂縫的把握的要求更為嚴(yán)格。由于建筑物的質(zhì)量低劣，如墻體裂縫、滲漏等涉及的糾紛或官司也越來越多，建筑物的裂縫已成為住戶評(píng)判建筑物平安的一個(gè)格外直觀、敏感和首要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)，特殊是新材料砌體結(jié)構(gòu)的抗裂措施，已成為工程量、國(guó)家行政主管部門，以及房屋開發(fā)商共同關(guān)注的課題。     磚砌體結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的緣由    1、溫差變形引發(fā)的磚砌體裂縫     這類

20、裂縫較典型和普遍的是建筑物(特殊是那些縱向較長(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，稍微者僅在兩端12個(gè)開間內(nèi)消滅，嚴(yán)峻者會(huì)進(jìn)展至房屋兩端1/3縱長(zhǎng)范圍內(nèi)，并由頂層向下幾層進(jìn)展。此類型縫對(duì)那種剛性屋面平屋頂、未設(shè)變形縫、隔熱層的房屋，更易發(fā)生。產(chǎn)生的直接緣由是混凝土結(jié)構(gòu)屋面的伸縮變形牽引其下磚砌體超過其材料抗拉強(qiáng)度的結(jié)果。具體的機(jī)理可認(rèn)為是：在陽光照射下(特殊是南方地區(qū))屋面板溫度可高達(dá)6070，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，由下往上進(jìn)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)某一端下沉過大時(shí)，則在某端形成沉降端高的斜裂縫；當(dāng)縱橫墻交點(diǎn)處沉降過大