焊接裂紋的形成機理與預(yù)防措施

1、焊接裂紋的形成機理與預(yù)防措施1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的原因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,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擴散外,余下的在焊縫中呈過飽和狀態(tài),即在焊縫中存在著擴散氫。根據(jù)氫脆理論,這種擴散氫將向應(yīng)變集中區(qū)(如微裂紋或缺口尖端附近擴散,當(dāng)該區(qū)的氫濃度達(dá)到某一臨界值時,裂紋便繼續(xù)擴展。(2應(yīng)力。依據(jù)目前國內(nèi)及國際的施工水平,在球罐的

2、組裝過程中總會存在或多或少的強力組對,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可能完全消除。再加上球罐焊接是一個局部加熱過程,在焊接過程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變的循環(huán),因此球罐焊接后必然存在殘余應(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容易產(chǎn)生冷裂紋。3、防止產(chǎn)生焊接冷裂紋的措施(1盡量選用對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,尤其是避免母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必須對板材進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波檢查,對有嚴(yán)重夾層等缺陷的鋼材不得使用。(2盡量減少氫的來源。第一,球罐的焊接選用低氫型焊條,必要時要采用超低氫型的焊條;第二,焊條使用前一

3、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,在使用時放入保溫筒內(nèi)并隨用隨取,在保溫筒內(nèi)存放時間不得超過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濕度大于90%時施焊;第五,采取有效的防風(fēng)措施,以防止吹弧,使焊接熔池得到有效的隔離保護(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擴散,減少了焊縫中擴散氫含量,并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度和焊縫的冷卻速度,盡量減少馬氏體的含量,減小溫差應(yīng)力。預(yù)熱溫度應(yīng)通過

4、工藝評定來確定,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)境溫度低時還應(yīng)增大預(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。對縱縫應(yīng)整條焊縫同時預(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間。隨著焊接層數(shù)的增多,焊縫中擴散氫會逐漸積累。因此焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱,使擴散氫有充分的時間溢出,同時還可以降低焊縫中的殘余應(yīng)力,減少冷裂紋產(chǎn)生的機率。(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間,起到一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采用合適的線能量。若焊接線能量過小,焊縫熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織,再加上擴散氫的作用,焊縫容易產(chǎn)生冷裂紋;若線能量過大又

5、會使焊縫熱影響區(qū)的軟化區(qū)寬度增加,使焊縫缺口的韌性降低,球罐整體的機械性能下降。焊接缺陷是影響焊接質(zhì)量最直接的原因,而焊接裂紋作為最難解決的焊接缺陷之一,在焊管生產(chǎn)中時有出現(xiàn)。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,有時有氧化物,電子探針發(fā)現(xiàn)沒其他夾雜物。預(yù)防措施為: 1冶金因素控制焊縫中S、P、C含量,是提高抗裂性、減少結(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,有效控制其S、P、C含量,使減少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減少焊接裂紋的有效措施,當(dāng)卷板較厚,板位控制難時會增加裂紋成形幾率,提高對頭質(zhì)量,盡量使

6、鋼管在成型過程中產(chǎn)生較小的殘余應(yīng)力,能減少結(jié)晶裂紋。3工藝因素減少熱輸入,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大擠壓在一起,避免偏析集中;此外寬焊縫相對窄焊縫能防止晶粒長大直接鵬在一起,避免偏析集中。焊接橫向裂紋,其走向垂直于焊縫,具有沿晶和穿晶特點,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,保證強度和韌性要求,盡量減少鋼中雜質(zhì);2盡量選用低氫和高強度、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,會使近縫區(qū)晶粒粗大;線能量過小,會使熱影響區(qū)淬硬,這些都導(dǎo)致橫向裂紋產(chǎn)生,應(yīng)選擇合適的焊接線能量

7、;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,使分離的兩部分金屬,借助于原子的擴散與結(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,根據(jù)實現(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:(1成形方便:焊接方法靈活多樣,工藝簡便;在制造大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和零件時,可采用鑄焊、鍛焊方法,化大為小,化復(fù)雜為簡單,再逐次裝配焊接而成。(2適應(yīng)性強:采用相應(yīng)的焊接方法,不僅可生產(chǎn)微型、大型和復(fù)雜的金屬構(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,采用焊接方法,還能實現(xiàn)異種

8、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%,并可減少劃線、鉆孔、裝配等工序。另外,采用焊接結(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強烈而持久的氣體放電現(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。采用直流弧焊機焊接時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,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)60008000K。焊條電弧焊時

9、,對焊接電源的基本要求有:(1具有陡降的特性;(2具有一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,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交流弧焊機、直流弧焊機和交、直流兩用弧焊機。四、焊接冶金過程有何特點?焊接過程中為什么要對焊接區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)?焊接冶金過程特點:電弧焊時,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過程不同,主要有以下特點。(1冶金溫度

10、高:容易造成合金元素的燒損與蒸發(fā);(2冶金過程短:焊接時,由于焊接熔池體積小(一般23cm3,冷卻速度快,液態(tài)停留時間短(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),在焊縫中會出現(xiàn)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,熔池周圍的氣體、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,會出現(xiàn)“氫脆”現(xiàn)象。上述情況將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量,因此,必須采取有效措施來保護(hù)焊接區(qū),防止周圍有害氣體侵入金屬熔池。(7防止強力組對

11、。在球罐組對過程中選用合適的工藝和組裝機具,盡量避免強力組對。強力組對將使球罐在焊接前就存在強大的附加內(nèi)應(yīng)力,這種內(nèi)應(yīng)力在焊后也不可能完全消除。(8減小錯邊和角變形。在錯邊和角變形存在的部位,曲率發(fā)生了突變,所以焊后將會存在強大的殘余內(nèi)應(yīng)力。(9采用合理的焊接順序。當(dāng)采用合理的順序焊接時,整臺球罐將同時對稱地收縮或膨脹,這樣能控制焊接變形,減小焊接殘余應(yīng)力。球罐焊接應(yīng)遵循先縱縫后環(huán)縫,先大坡口后小坡口,先赤道后溫帶最后極帶的原則,而且焊工應(yīng)對稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要采用分段退焊法,分段長度為600 700mm。(10避免工藝缺陷的產(chǎn)生。咬邊、未焊透、長條狀夾渣等工藝缺陷部位是應(yīng)力集中區(qū)

12、,這些部位容易產(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,不能采用擺動、為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。3.1控制溫度的措施如下:3.1.1采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中水泥用量;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減少澆筑厚度,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)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進(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施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷

13、季節(jié)采取保溫措施。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避免基礎(chǔ)過大起伏;3.2.3合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。此外,改善混凝土的性能提高抗裂能力,加強養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,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應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間,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,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水

14、化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,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)致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力,具有顯著效果。加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對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,鋼的各項性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土

15、彈性模量的715倍,當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力過到抗拉強度而開裂時,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)小裂縫的出現(xiàn)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、寬度與嘗試較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時,對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會發(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結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。挑弧、滅弧的施焊方法目前,砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫,非常常見。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)重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患,甚至發(fā)生工程事故。隨著住

16、宅商品化的發(fā)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,同時墻體的裂縫給居住者在感觀上和心理上造成不良影響。特別是隨著我國墻改、住房商品化的進(jìn)展,人們對居住環(huán)境和建筑質(zhì)量的要求不斷提高,對建筑物墻體裂縫的控制的要求更為嚴(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判建筑物安全的一個非常直觀、敏感和首要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此加強砌體結(jié)構(gòu),特別是新材料砌體結(jié)構(gòu)的抗裂措施,已成為工程量、國家行政主管部門,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)生的原因 1、溫差變形引發(fā)的磚砌體裂縫

17、 這類裂縫較典型和普遍的是建筑物(特別是那些縱向較長的頂層兩端 內(nèi)外縱墻上的斜裂縫，其形態(tài)呈“八”字或“X”型，且顯對稱性，但有時僅一 端有，輕微者僅在兩端 12 個開間內(nèi)出現(xiàn)，嚴(yán)重者會發(fā)展至房屋兩端 1/3 縱長 范圍內(nèi)， 并由頂層向下幾層發(fā)展。 此類型縫對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)生的直接原因是混凝土結(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度的結(jié)果。具體的機理可認(rèn)為是：在陽光照射下(特 別是南方地區(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，可計算出砌體中的 主拉應(yīng)力。 2

18、、地基基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫 一般在建筑物下部，由下往上發(fā)展，呈“八”字、倒“八”字、水平及 豎縫。當(dāng)長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， 也首先在窗對角突破， 還可在底層中部窗臺處突破形成由上至下豎縫； 當(dāng)某一端下沉過大時，則在某端形成沉降端高的斜裂縫；當(dāng)縱橫墻交點處沉降過 大，則在窗臺下角形成上寬下窄的豎縫，有時還有沿窗臺下角的水平縫；當(dāng)外縱 墻凹凸設(shè)計時，由于一側(cè)的不均勻沉降，還可導(dǎo)致在此處產(chǎn)生水平推力而組成力 偶，從而導(dǎo)致此交接處的豎縫。對于不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫應(yīng)以預(yù)防為主，即無 地質(zhì)勘察資料嚴(yán)禁做施工圖設(shè)計，嚴(yán)格按圖施工，不得擅自更改、任意處理，根 據(jù)本地區(qū)通病， 如能在那些開大窗洞的教學(xué)樓底層窗臺下設(shè)置構(gòu)造圈梁與地梁構(gòu) 成剛度較大的復(fù)合墻梁結(jié)構(gòu)，對防止所述裂縫有明顯效果。 3、特殊砌體材料產(chǎn)生的裂縫 如混凝土小型空心砌塊、灰砂磚等的砌體，前者致裂的主要原因是豎縫 砂漿難以飽滿以及特殊的構(gòu)造要求未能跟上。后者一般使用南方地區(qū)蒸壓灰砂 磚，由于其本身對溫差敏感