碳鋼焊接裂紋產生的原因及預防措施

劉昌虎 曲杰 王杰

【摘 要】近幾年我國高鐵行業(yè)的發(fā)展已經進入了全新時代，轉向架作為影響高鐵安全運行的重要組成部分，保證其質量和安全是重中之重。轉向架的碳鋼焊接件焊接裂紋對于整個碳鋼焊接有著不良影響，焊接缺陷對整個部件的影響是致命的。對碳鋼焊接件容易出現(xiàn)的缺陷進行分析，并且探討預防和解決焊接缺陷的技術措施，以保證碳鋼焊接工作順利進行，杜絕焊接缺陷的產生，減少報廢和返修，避免產生安全事故影響行車安全的現(xiàn)象發(fā)生。

【關鍵詞】焊接件；缺陷分析；預防措施

中圖分類：TL214 文獻標識碼：A

引言

在實際生產過程中受焊接工藝、產品結構設計、材料及生產操作等方面的影響，不可避免地會產生一些焊接缺陷，大型鑄鋼件常見主要焊接缺陷有夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等。本文結合生產實際情況，針對主要缺陷進行匯總并提出防止措施以供參考。

1、焊接結構件在生產過程存在的隱患

1.1焊接產品在生產制造過程中導致的缺陷

焊接缺陷的產生的原因很多。焊接結構在焊制過程中因焊接工藝與設備條件的偏差，殘余應力狀態(tài)和冶金因素變化的影響以及結構材料與尺寸的差異等，導致焊縫中產生不同程度和數(shù)量的焊接缺陷，例如裂紋、氣孔、夾渣，未熔合、焊透等焊接缺陷。

1.2焊接結構在服役過程中引起的裂紋

焊接結構在服役或超期服役過程中有的經受高溫，高壓或兼有介質腐蝕的環(huán)境，有的承受疲勞、沖擊及中子輻照等工況條件，會導致材質變化，嚴重影響應力并產生裂紋，并為安全運營帶來了很大風險。

1.3焊接產品運行中的失效

焊接產品在生產制造過程中已經產生了輕度缺陷，或者不可目視的缺陷，一旦這種遺留缺陷在運行過程中就會由于壓力或震動等內外因素而引發(fā)不同程度的裂紋，從而導致產品失效或者其他的質量問題，為行車安全帶來很大的危險。

2、焊接缺陷分析

焊接規(guī)范的問題：焊接的特點是溫度上升速度快，電流大，溫度高等，所以焊縫區(qū)和金屬的溫度差很大，冷卻速度很快，在產生熱應力的情況下極其容易出現(xiàn)裂紋。焊接結構件自身也有著一些缺陷，壓力容器在焊接的過程中，會將焊接結構的內在缺陷也帶入到相應的容器中，尤其是在焊接的接頭處，會出現(xiàn)未熔合、裂紋、咬邊、夾渣和氣孔等現(xiàn)象，這樣就會導致焊縫的實際承載截面出現(xiàn)削弱等現(xiàn)象，周圍還會出現(xiàn)殘余應力和拘束應力，這些應力會集中，越集中，對于焊接越不利，使得缺陷處最容易最先開裂，成為裂源。部件結構問題：部件在焊接的過程中，使焊縫出現(xiàn)焊接變形的情況，但由于部件的剛度大，產生的內應力較大而導致焊縫裂紋。有些焊縫裂紋嚴重的會導致壓力容器爆炸，部件的角變形與錯邊導致的，這一缺陷會導致容器的焊接處出現(xiàn)結構不連續(xù)等現(xiàn)象，導致了焊接的邊緣出現(xiàn)一系列的裂紋。該類缺陷的特點是由于應力都過于集中在焊縫接觸處，會加大風險，同時增加出現(xiàn)安全事故的可能性。焊接接頭處拉伸殘余應力：由于轉向架機械部件在生產中存在著較大參與應力，而且在產品進行熱處理的過程中并未被完全消除，就會對設備產生影響甚至損壞。壓力容器在較大的焊接壓力的影響下，通過不斷的剪裁使壓力容器的個別部位出現(xiàn)裂紋，使設備損壞。有些焊接的殘余應力會達到所使用材料的強度，在沒有應力的作用下，焊縫也會出現(xiàn)破裂，這種破裂是自然破裂。

3、焊接缺陷造成的主要危害

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(qū)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(xiàn)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(fā)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(qū)和熔合區(qū)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。

4、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。（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(fā)現(xiàn)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(yè)測量儀器如焊接檢驗尺對焊縫的外形尺寸進行測量。（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(fā)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(yōu)點有：檢測范圍較大，缺陷定位準確，對檢測人員和環(huán)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(tài)，不受焊接結構影響。但滲透檢測相關檢測參數(shù)并不明確，需要在累積中總結，對檢驗人員業(yè)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(shù)字成像圖并輸入計算機，由計算機對數(shù)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）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

由于焊接缺陷的產生原因較為復雜，結合實際生產經驗提出了焊接缺陷防止的主要措施，除此之外還要根據產品結構特點、材質特性、焊接流程控制等方面制定合理的解決方案，希望對焊接工作者有所幫助，共同探討，共同進步。

參考文獻：

[1]王百龍.焊接缺陷原因及應用對策分析[J].化工管理，2018（14）：228.

[2]黃新然.常見焊接缺陷分析及預防措施[J].山東工業(yè)技術，2018（08）：39.

[3]潘非，施亞汝.焊接缺陷及預防方式分析[J].化工管理，2018（11）：231.

[4]張淑清.焊接缺陷的成因分析及應對措施探討[J].南方企業(yè)家，2018（04）：234-235.

[5]郭軍杰.常見焊接缺陷和變形成因分析[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018（03）：178-179.

[6]孟祥海，李孟星，吳麗學，李運剛.焊接缺陷分析及對策[J].鑄造技術，2018，39（03）：625-627.

[7]胡德友，董林海，翁昌樹，唐林.焊接缺陷原因分析[J].信息記錄材料，2018，19（04）：16-18.

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）