鋼材焊接接頭缺陷產(chǎn)生原因及預(yù)防

【摘要】鋼材焊接過(guò)程中，由于種種因素的影響，容易產(chǎn)生各種類型的焊接缺陷。焊接接頭缺陷的存在會(huì)直接危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，將焊接接頭缺陷控制在允許范圍內(nèi)是每個(gè)焊接操作人員及工程管理人員應(yīng)盡的責(zé)任。本文就自己在工作中針對(duì)鋼材焊接產(chǎn)生接頭缺陷的原因，在理論上進(jìn)行了一些膚淺的分析，并通過(guò)自己的實(shí)踐提出了預(yù)防的方法和保證焊接質(zhì)量的有效措施。

【關(guān)鍵詞】冷裂紋；熱裂紋；質(zhì)量控制

本人一直從事焊工工作，出于對(duì)焊接工作的喜愛，本人在實(shí)踐工作中不斷總結(jié)和摸索。為了在工作中保證焊接質(zhì)量，針對(duì)焊接過(guò)程中產(chǎn)生焊接缺陷的原因進(jìn)行了一些膚淺的分析，并通過(guò)實(shí)踐采取了一些行之有效的措施保證了自己所承擔(dān)的一切焊接工作得以順利完成。在此，本人就日常鋼材焊接中容易產(chǎn)生焊接缺陷的原因和預(yù)防處理方法介紹給同行們，以求與同行們商榷。

1.焊接接頭缺陷分析

1.1外部缺陷

焊接接頭的外部缺陷一般用肉眼就能觀察到，主要有焊瘤、咬邊、凹坑、燒傷、余高不足或過(guò)大、錯(cuò)邊及弧坑處理不良等。

1.2內(nèi)部缺陷

焊接接頭的內(nèi)部缺陷是指必須借助儀器設(shè)備測(cè)試才能判斷出的缺陷，主要有未熔合、未焊透、氣孔、夾渣及白點(diǎn)等。內(nèi)部缺陷因肉眼觀察不到，危害更大，要堅(jiān)決杜絕。

1.3焊接缺陷

指在焊接過(guò)程中或焊接完放置一段時(shí)間后，在焊接接頭范圍內(nèi)產(chǎn)生的局部開裂現(xiàn)象，如焊接裂紋是常見的焊接缺陷。在建筑工程的鋼材焊接中常出現(xiàn)的裂紋主要是熱裂紋和冷裂紋。

結(jié)晶裂紋是最常見的熱裂紋，在金屬凝固過(guò)程中出現(xiàn)，主要出現(xiàn)在焊縫中，少數(shù)出現(xiàn)在熱影響區(qū)。結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生是由于焊縫中含有較多的S，P等雜質(zhì)，在焊縫金屬凝固過(guò)程中形成了一此低熔點(diǎn)的結(jié)晶，然后在結(jié)晶界形成液態(tài)薄膜。這此液態(tài)薄膜成為焊縫中的薄弱環(huán)節(jié)，在焊接應(yīng)力的作用下便開裂而形成結(jié)晶裂紋。

2.焊接缺陷的產(chǎn)生與預(yù)防

2.1焊接接頭冷裂紋的產(chǎn)生與預(yù)防

在冷裂紋中最常見的是延遲裂紋。在低、中合金鋼的熱影響區(qū)或焊縫中，當(dāng)焊接后一段時(shí)間間，可能出現(xiàn)各種l1態(tài)的延遲裂紋。焊縫延遲裂紋的出現(xiàn)，是由以下3種因素共同作用的結(jié)果。

第一，母材淬硬現(xiàn)象：母材的碳當(dāng)量越高其淬硬傾向越大，延遲裂紋敏感性就越大。另外，接頭冷卻速度對(duì)母材淬硬傾向也有較大影響，隨著母材淬硬傾向的增加容易形成脆性馬氏體。馬氏體又會(huì)使熱影響區(qū)最高硬度相應(yīng)增加，從而使延遲裂紋敏感性增大。

第二，擴(kuò)散氫的含量：焊縫中含氫量越高，延遲裂紋敏感性越大。當(dāng)接頭中擴(kuò)散氫含量高于其臨界擴(kuò)散氫含量時(shí)，便出現(xiàn)延遲裂紋。

第三，焊接殘余應(yīng)力：焊接接頭主要存在熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和約束應(yīng)力。板厚度越大，約束越強(qiáng)，殘余應(yīng)力也越高。焊接殘余應(yīng)力是引起應(yīng)力腐蝕斷裂的原因之一。

冷裂紋的預(yù)防措施主要有幾方面：一是選擇合理的焊接規(guī)范和性能，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出。二是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴(kuò)散氧含量。三是焊條和焊劑在使用前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的要求進(jìn)行烘干（低氫焊條300℃～350℃保溫lh；酸性焊條l00℃～l50℃保溫lh；焊劑200℃～250°保溫2h），認(rèn)真清理坡口和焊絲，汰除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來(lái)源。四是焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理。除此之外，選材上提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀?yuàn)A雜物，工藝上采取可降低焊接應(yīng)力的各種措施，也都是必要的。

2.2焊接接頭熱裂紋的產(chǎn)生與預(yù)防

焊接全過(guò)程包括原材料、焊接材料、施工人員的焊接技能、焊接前準(zhǔn)備、焊接和焊接后熱處理等工序。因此，要預(yù)防焊接缺陷、解決焊接過(guò)程中存在的問(wèn)題、抓好焊接質(zhì)量，就必須加強(qiáng)焊接前和焊接中每一道工序的質(zhì)量管理。

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂紋或結(jié)晶裂紋，通常產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，有時(shí)也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，表現(xiàn)形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過(guò)程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強(qiáng)度也較低。當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時(shí)，就會(huì)將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開，形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí)，也會(huì)被拉開?？傊?，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。針對(duì)其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施如下素共同作用的結(jié)果。針對(duì)其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施如下：其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施下限制母材及焊接材料（包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體）中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應(yīng)控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應(yīng)大于0.045%，磷的含量不應(yīng)大于0.055%；另外鋼材含碳量越高，焊接性能越差，一是焊縫中碳的含量控制在0.10%以下時(shí)，熱裂紋敏感性可大大降低。二是調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點(diǎn)共品的有害影響。三是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結(jié)晶時(shí)的偏析程度。適當(dāng)提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊接方法，避免中心線偏析，也可防止中心線裂紋。另外在操作時(shí)采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預(yù)熱和錘擊法，收弧時(shí)填滿弧坑等工藝措施，也能預(yù)防熱裂紋的產(chǎn)生。冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過(guò)程中溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)（300～200℃以下）產(chǎn)生的裂紋?？梢栽诤附雍罅⒓闯霈F(xiàn)，也可以在焊接以后的較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生，故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個(gè)：焊接接頭形成淬硬組織；擴(kuò)散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應(yīng)力。冷裂紋的預(yù)防措施主要有幾方面：一是選擇合理的焊接規(guī)范和線能，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出。二是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴(kuò)散氧含量。三是焊條和焊劑在使用前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的要求進(jìn)行烘干（低氫焊條300℃～350℃保溫lh；酸性焊條l00℃～l50℃保溫lh；焊劑200℃～250°保溫2h），認(rèn)真清理坡口和焊絲，汰除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來(lái)源。四是焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理。一種是進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。除此之外，選材上提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材的層狀?yuàn)A雜物，工藝上采取可降低焊接應(yīng)力的各種措施，也都是必要。

3.焊接中的質(zhì)量控制

焊接過(guò)程包括焊接、預(yù)熱和焊接后熱處理。焊接前的質(zhì)量控制和焊接中的質(zhì)量控制是保證最終焊接質(zhì)量、預(yù)防廢品和返工的必要條件，是整個(gè)焊接質(zhì)量控制過(guò)程中的重要組成部分。焊接質(zhì)量控制應(yīng)實(shí)行焊工、焊接工時(shí)和專職檢查員三級(jí)管理責(zé)任制。焊接過(guò)程中，要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和檢查。第一，確認(rèn)焊接方法是否與規(guī)定一致，檢查焊接設(shè)備是否完好和著裝是否符合工藝流程規(guī)定。第二，根據(jù)焊接工藝規(guī)程復(fù)核焊接材料牌號(hào)與規(guī)格是否正確，以防錯(cuò)用而造成焊接質(zhì)量事故。第三，對(duì)焊接預(yù)熱溫度和預(yù)熱方式進(jìn)行嚴(yán)格控制和檢查，焊接前預(yù)熱是防止焊接裂紋產(chǎn)生的重要措施。第四，對(duì)焊接環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督。當(dāng)焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況時(shí)應(yīng)采取措施后才能進(jìn)行焊接：溫度低于0℃；相對(duì)濕度大于90%；風(fēng)速大于10m/s或存在穿堂風(fēng)以及雨、雪、霧氣候的露天操作。第五，對(duì)焊接后熱處理實(shí)施監(jiān)督和檢查。焊接后熱處理的目的是促進(jìn)焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，防止焊接裂紋產(chǎn)生，消除焊接殘余應(yīng)力和改養(yǎng)接頭的力學(xué)性能。

焊工的技術(shù)水平是影響焊接質(zhì)量的直接因素之一。要做到思想上重視，其體操作上細(xì)心。常見的焊接接頭缺陷在施工操作時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：

第一，咬邊。主要是由于焊接電流過(guò)大、電弧拉長(zhǎng)或運(yùn)條不穩(wěn)引起的。咬邊最大的危害是損傷了母材，使母材有效截面減小，也會(huì)引起應(yīng)力集中。預(yù)防措施是焊接時(shí)調(diào)整好電流，電流不宜過(guò)大，且控制弧氏，盡量用短弧焊接，運(yùn)條時(shí)手要穩(wěn)，焊接速度不宜太快，應(yīng)使熔化的焊縫金屬填滿焊接坡口邊緣。

第二，焊瘤。主要是由于焊接電流過(guò)大或焊接速度過(guò)慢引起。它的危害是焊瘤處易應(yīng)力集中且影響整個(gè)焊縫的外觀質(zhì)量。預(yù)防措施是適當(dāng)調(diào)小焊接電流，焊接時(shí)注意熔池大小，以便調(diào)整焊接電流或焊接速度。

第三，弧坑。主要是由于斷弧或熄弧引起?；】拥拇嬖跍p小了焊縫截面，降低了接頭的有效強(qiáng)度，并且弧坑處常伴有弧坑裂紋，危害較大。預(yù)防措施是盡量減小短弧次數(shù)，每次熄弧前應(yīng)稍微停留或做幾次擺動(dòng)運(yùn)條，使有較多的焊條熔化填滿弧坑處。

第四，氣孔。產(chǎn)生氣孔的因素較多，如焊條未按規(guī)定烘干、母材除銹不徹底、焊接電壓不穩(wěn)、弧氏過(guò)氏等。氣孔的存在使焊縫截面減小，金屬內(nèi)部組織疏松，應(yīng)力宜集中，也易誘發(fā)裂紋等更嚴(yán)重的缺陷。預(yù)防措施是在焊接前應(yīng)按要求烘干焊條，清理坡口及母料表面的油污、銹跡；注意大氣的變化，刮風(fēng)、下雨要有遮擋措施；焊接時(shí)選擇適當(dāng)?shù)碾娏骷昂附铀俣取?/p>

第五，夾渣。夾渣一般是由于熔池冷卻過(guò)程中非金屬物質(zhì)如焊條藥皮中某些高熔點(diǎn)組分、金屬氧化物等來(lái)不及浮出熔池表面而殘留在焊縫金屬中引起的。其危害是影響了焊縫金屬的致密性及連貫性，易引起應(yīng)力集中。預(yù)防措施是焊接前應(yīng)嚴(yán)格清理母材坡口及附近的油污、氧化皮等，多層焊接時(shí)徹底清理前一道焊縫流下的熔濃。焊接時(shí)選擇適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，運(yùn)條穩(wěn)定，注意觀察熔池，防止焊縫金屬冷卻過(guò)快。