焊接缺陷及防止措施

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談?wù)労附恿鸭y的產(chǎn)生原因和防止措施
焊接是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中最重要的加工工藝之一，它已廣泛應(yīng)用于制造和修理各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備。焊接作為一種降低成本、提高生產(chǎn)效率的有效新手段，用它不僅可以得到優(yōu)質(zhì)、可靠的工件，而且可以創(chuàng)制出原則上完全新穎的產(chǎn)品。大如航空航天和核動力裝置，小至微電子以及超精器件，如果沒有焊接技術(shù)，很難想像將會遇到多少困難，甚至無法制造出來。因此完全可以說，沒有焊接就沒有今天這樣的現(xiàn)代工業(yè)，焊接為今天這樣的現(xiàn)代文明起到了它應(yīng)有的作用。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在焊接結(jié)構(gòu)方面都趨向大型化，大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展。有的還在低溫、深冷、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作。因此各種低合金高強(qiáng)鋼，中、高合金鋼，超高強(qiáng)鋼，以及各種合金材料應(yīng)用的日益廣泛。但是隨著這些鋼種和合金材料的應(yīng)用，在焊接生產(chǎn)上帶來了許多新的問題，其中較為普遍而又十分嚴(yán)重的就是焊接裂紋。
焊接裂紋不僅給生產(chǎn)帶來了許多困難，而且可能帶來災(zāi)難性的事故。據(jù)統(tǒng)計絕大多數(shù)是由裂紋而引起的脆性破壞。因此，裂紋是引起焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞事故的主要原因。焊接結(jié)構(gòu)中裂紋問題危害甚大，已成為世界各國所關(guān)注的課題
' q9 @8 `; \- ^6 m常見的焊接裂紋根據(jù)生成時的溫度，可分成熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋等幾類。焊接結(jié)構(gòu)中，焊接裂紋以冷裂紋最為常見，其次為熱裂紋，本次論文將以這二者為重點，簡單說明一下冷裂紋和熱裂紋。
一、        首先我們來談一談焊接冷裂紋。
- h* M2 I/ w2 _) r) g+ t/ K8 T    焊接冷裂紋指焊接接頭冷卻到較低較低溫度時所產(chǎn)生的裂紋。冷裂紋包括：延遲裂紋、淬硬裂紋、低塑性脆化裂紋等，正常所說的冷裂紋指的是延遲裂紋。
    一般情況下，焊接低中合金高強(qiáng)鋼，高中碳鋼等易淬火鋼時容易產(chǎn)生冷裂紋。
1冷裂紋產(chǎn)生的原因
' t6 V( a$ |7 f$ j7 \$ _    大量的生產(chǎn)實踐和理論研究證明，鋼種的淬硬傾向、焊接接頭、含氫量及其分布，以及焊接接頭所承受的應(yīng)力狀態(tài)是產(chǎn)生焊接冷裂紋的三大主要因素。這三個因素在一定條件下是相互聯(lián)系和相互促進(jìn)的。
: N, Z' c+ }2 O1 ^: ?* R! A" n/ B（1）含氫量的影響
    鋼中含氫時，塑性降低脆性增加，當(dāng)鋼中含氫量越多時，塑性降低脆性增加，在電弧作用下，水分解為氫原子進(jìn)入熔池，隨著金屬的冷卻，氫的溶解量下降，氫逐漸析出，殘存在固態(tài)金屬中，形成氫分子，造成很大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋。
根據(jù)融合區(qū)氫濃度的聚集，預(yù)熱對冷裂紋敏感性有較大的影響，在不預(yù)熱的情況下熔合區(qū)的氫濃度在焊后4天達(dá)到最高值。而采用預(yù)熱后的氫的集聚時間和最高濃度值得到大幅度降低，有利于防治冷裂紋。類似的焊后緊急加熱可加速H的擴(kuò)散，也是防治冷裂紋的有效措施之一。
（2）淬硬作用
. s. s4 b. q, d6 _2 \2 [' [  焊接裂紋傾向隨著淬硬傾向的增加而增加，其原因是淬硬鋼焊接接頭的淬火區(qū)組織脆硬塑性低劣，這樣的地區(qū)難承受焊接應(yīng)力應(yīng)變，易于導(dǎo)致耗能極少的脆性斷裂，從而使裂紋易于生成和擴(kuò)張。
  對組織情況以及裂紋傾向的評估可借助該鋼種的SH-CCT（溫度、時間和裂紋分布）圖，SH-CCT圖不僅可用于預(yù)測給定鋼種在某種規(guī)范或工藝條件下焊接是否出現(xiàn)冷裂紋，生產(chǎn)上另一重要用途是用來焊前制定該鋼種不生成冷裂紋的焊接工藝。如必須采用長段多層焊接淬硬傾向較大的鋼種時，經(jīng)常采用諸如焊前預(yù)熱、層間溫度控制、焊后緩冷、后熱等其他措施與之配合。
  （3）拘束應(yīng)力
    構(gòu)件焊接時，由于焊接區(qū)變形，受到周圍金屬的拘束而產(chǎn)生應(yīng)力，稱此應(yīng)力為拘束應(yīng)力，分為內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力包括熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，外應(yīng)力包括剛度，拘束程度、接頭形式和坡口形式。
  拘束應(yīng)力
бw  =  mR
1 }$ ^$ H, [8 w! oбw——拘束應(yīng)力   
m——比例系數(shù)。與金屬的熱物理性質(zhì)如膨脹系數(shù)、熔點比熱容，以及接頭形式、坡口的角度等因素有關(guān)。
R——拘束度
( ^! C. ?4 ~4 v2冷裂紋的防止措施
  防止冷裂紋生成原則上不外乎減少接頭的淬硬、含氫量和拘束，其防治措施也應(yīng)建基于此。
（1）母材和焊接材料的選擇
3 s# G( C' W" L- Xa母材應(yīng)降低其淬硬性，所以來講，母材應(yīng)含C量低，雜質(zhì)小。
4 L, T; b: t' Db焊接生產(chǎn)中，母材多半以給定，因而對焊材選用更加實際。
' z3 i( h: I- T4 g( I1 c* o首先應(yīng)使焊材的含H量低，例如使用低氫型或超低氫型，焊前必須烘干，去除油銹。對于敏感于冷裂的接頭，焊接時盡量降低焊縫金屬的強(qiáng)度。例如在修復(fù)高強(qiáng)度構(gòu)件的少量缺陷時。采用J427焊條（E4315）常較采用強(qiáng)度級別更高的J507（E5015）、J557（E5515）焊條等效果優(yōu)越。厚板焊接時，在最易啟裂根部焊道采用低匹配，按等強(qiáng)原則選擇焊接材料，是防止冷裂且能保證接頭強(qiáng)度的可取工藝。采用A焊材，焊接高淬硬性鋼材是防治冷裂紋的有效措施，在修復(fù)中高碳鋼或合金鋼構(gòu)件時應(yīng)用尤多。
5 k7 P: U! E" c* d6 W, l! z（2）工藝措施
從防治冷裂紋觀點，焊接熱循環(huán)首先應(yīng)謀求緩冷，如采用小的線能量+To（預(yù)熱），預(yù)熱固然可以有效的防治冷裂紋，但增加了構(gòu)件制作工序，同時惡化的勞動條件，因此在生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低預(yù)熱溫度。由于冷裂紋經(jīng)常具有延遲性。其另一有效防治措施是焊后緊急后熱，同樣焊后保溫也有助于防治冷裂紋的產(chǎn)生。
* ^+ e" G0 u" C0 m1 H（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計
    制定工藝，必須盡量降低焊接應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。例如應(yīng)當(dāng)合理安排裝配焊接順序，使接頭在最小的拘束條件下施焊，必要時可以采取分區(qū)對稱、分段、反向等焊法，以降低焊接應(yīng)力。同樣從焊接角度來看，焊接線能量不宜選擇過大，焊接熱量更不應(yīng)長時間集中于局部地區(qū)。

龍迪

好文章，學(xué)習(xí)一下

ndy

希望對大家有用

zjfaitr001

謝謝分享~就在找論文呢。謝謝啊~

商之嘯

真是好文章！好好學(xué)習(xí)一下！

shinshing

瞧著學(xué)習(xí)了,或許能有心得,哪天也能如大大舒發(fā)一下己見呢