談?wù)労附恿鸭y的產(chǎn)生原因和防止措施
) `6 [% h' o. h! r( j# [' t* o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。5 H( w y, Y' l, Q W0 ?
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鋼，中、高合金鋼，超高強鋼，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重的就是焊接裂紋。
# r3 K! w( X" @7 H5 ] U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2 B/ d/ l0 a3 L0 j l2 ?/ Z" D
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。" [ V0 U& P# r& }0 O
一、 首先我們來談一談焊接冷裂紋。. U) y5 s" n1 \+ h& X
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。
' i8 A4 R s* a6 ~, w 一般情況下，焊接低中合金高強鋼，高中碳鋼等易淬火鋼時容易產(chǎn)生冷裂紋。' D \3 `( A3 Y: X" O, G
1冷裂紋產(chǎn)生的原因5 E) i, g, G0 E' ?
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)系和相互促進的。
6 f4 A4 d1 G. q! o& H（1）含氫量的影響" Q- Y* Z9 Q6 A5 S8 m5 g
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。, F' _5 ~8 g1 w1 d3 @, x" m8 X
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的擴散，也是防治冷裂紋的有效措施之一。5 X' |$ B% n+ R, L. m2 N
（2）淬硬作用
# t+ |, F4 S6 w+ I% P/ y9 j% L 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張。
" z* ?+ o; z% K0 c1 E) u 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。& V8 I6 w* l9 E! v& L
（3）拘束應(yīng)力
# O. `# r6 I9 A: q& G4 a 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。
8 K! E" u# {8 c' ]* d: h2 A 拘束應(yīng)力
; a$ k0 q/ D/ S7 E- hбw = mR3 q3 ^9 \5 X$ N( K& y) q
бw——拘束應(yīng)力 6 @. @5 ^: ^ k q8 w/ Z/ p
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)。2 M+ ~9 x2 [( `7 Y8 s. |5 d
R——拘束度- Q0 c; w& g7 l( s
2冷裂紋的防止措施
- a5 B; p! b+ x4 p [) ~ 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。
' u' b. [3 T2 n* O% a5 [（1）母材和焊接材料的選擇$ J' H) V% J6 R N8 ~/ u3 \
a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。
& C. w# d- C0 B' _b焊接生產(chǎn)中，母材多半以給定，因而對焊材選用更加實際。, M3 d* S2 ^7 x f" M2 Z
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度。例如在修復(fù)高強度構(gòu)件的少量缺陷時。采用J427焊條（E4315）常較采用強度級別更高的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，按等強原則選擇焊接材料，是防止冷裂且能保證接頭強度的可取工藝。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。
7 r* ?1 P0 E, q（2）工藝措施
* M5 T% r j4 u- W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。8 c |! L0 t" I2 z, o9 O
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計) x: `! N) ~, j4 `4 R* `9 E2 o, L8 [
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)。 |
發(fā)表于 2009-3-13 09:21:21
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