鋼結構焊接施工中裂紋和氣孔的形成原因及預防措施

1、焊接原理中裂紋和氣孔地形成原因及預防措施摘要：本文通過闡述 , 詳細介紹了焊接施工中焊縫常見地裂紋與氣孔缺陷地 分類以及產(chǎn)生原因 , 從而深入淺出地為上述缺陷提出較為詳細地預防措施 , 并謹 以此為焊接施工提供一點技術經(jīng)驗 , 以供各位同行批評指正 .關鍵詞：熱裂紋 冷裂紋 氣孔 產(chǎn)生原因 防治措施一、裂紋它是焊接施工中比較普遍地而又十分嚴重地缺陷 ,它是在焊接應力及其他致 脆因素共同作用下 ,焊接接頭中局部區(qū)域地金屬原子結合力遭到破壞而使焊接面 產(chǎn)生裂紋 ,實質(zhì)上 ,就是焊接后焊口在冷卻過程產(chǎn)生地熱應力超過材料強度所導致 地裂紋 .裂紋地分類：裂紋地分法多 ,按其產(chǎn)生溫度可分為熱裂紋、冷裂紋

2、、再熱 裂紋 .按部位可以分為縱裂紋、橫裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熔合線裂紋等等.這里主要介紹一下冷裂紋和熱裂地產(chǎn)生、特點和預防 .1、 熱裂紋地產(chǎn)生及預防1.1、熱裂紋地產(chǎn)生原因： 因為焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等低熔點雜質(zhì)或多或少地存在 ,使得結晶凝固晚 , 凝固后地塑性和強度又極低 .因此 ,在焊接熔池在結晶過程中存在偏析現(xiàn)象 ,偏析 出地這些低熔點共晶和雜質(zhì) ,由于低熔點共晶熔點低 ,往往是最后結晶 ,在晶界以 液態(tài)夾層地方式存在 ,這時 ,當外界結構約束應力足夠大和焊縫金屬地凝固收縮作 用下 ,熔池中低熔點雜質(zhì)在凝固過程中被拉開 ,被拉開地液態(tài)夾層產(chǎn)生地間隙己沒 有足夠地低熔點液態(tài)金屬來填

3、充形成了裂紋 ,或在是在凝固后不久被拉開 ,造成開 裂 ,這就是熱裂紋產(chǎn)生地機理 .1.2、熱裂紋地特征：1.2.1 、 多貫穿在焊縫表面 ,裂口多數(shù)貫穿表面 ,并斷口被氧化色彩 ,裂紋末端略呈 圓形；、多在焊縫中心位置 ,沿焊縫長度方向分布 ,極少數(shù)也產(chǎn)生在熱影響區(qū)；、微觀特征一般是沿晶界開裂 ,故又稱之為晶間裂紋；、并在焊后立即可見 ,多可以用肉眼看見 ,1.3、熱裂紋地防止措施：1.3.1 、 限制或減小硫、磷等有害元素地含量 ,用含碳量較低地焊條焊接；、改善熔池地一次結晶 ,由于細化晶?？梢蕴岣吆缚p中地抗裂性 ,所以廣泛 采用向焊縫中加入細化晶粒地元素 ,如鈦、鋁、鋯、硼、或稀土金屬鈰

4、等 .、控制焊接工藝參數(shù) ,適當提高焊縫成形系數(shù) ,如采用多層多道焊 ,避免偏析 地產(chǎn)生等 .、采用堿性焊條和焊劑 ,由于堿性焊條脫硫、磷效果好 ,抗熱裂紋地效果好 , 一般對于熱裂紋傾向較大地構件 ,一般都采用堿性焊條進行焊接 .、采用適當?shù)財嗷》绞?,如埋弧焊采用斷弧板 ,焊條電弧焊采用斷弧焊或填 滿弧坑地方法來防止熱裂紋地產(chǎn)生 .、合理選用焊接規(guī)范 ,嚴格控制焊接工藝參數(shù) ,并采用預熱和后熱 ,減慢冷卻 速度 ,適當提高焊縫形狀系數(shù) ,盡可能采用小電流多層多道焊 ,以避免焊縫中心 產(chǎn)生裂紋；、采用熔深較淺地焊縫 ,改善散熱條件使低熔點物質(zhì)上浮在焊縫表面而不 存在于焊縫中；、采用合理地裝配

5、次序 ,減小焊接應力 ,降低殘余應力 ,避免應力集中 .2、 冷裂紋地產(chǎn)生及預防：2.1、冷裂紋地產(chǎn)生原因： 冷裂紋主要產(chǎn)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼和中合金高強度鋼中.產(chǎn)生冷裂地原因主要有三個方面： 鋼地淬硬傾向 ,焊接應力 ,較多地氫地存在和聚集 .許多情況 下 ,氫是誘發(fā)冷裂紋最活躍因素之一 .當焊縫中淬硬傾向和焊接應力過大 ,使熱影 響區(qū)存在顯微缺陷時 ,氫會在這些缺陷處聚集 ,并由原子態(tài)轉(zhuǎn)為分子態(tài) ,加上焊接 應力地作用 ,使顯微缺陷擴大 ,從而形成冷裂紋 .2.2、冷裂紋地特征：2.2.1 、 冷裂紋斷面表面沒有氧化色彩 ,它是較低溫度產(chǎn)生地 ,（200300 度以下） 一般不可以

6、用肉眼看到 ,要做著色才可以看到 .、冷裂紋一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)或焊縫與熱影響區(qū)地熔合線上 ,也有極少數(shù) 產(chǎn)生在焊縫上 .、冷裂紋一般為穿晶裂紋 ,少數(shù)也有可能沿晶界發(fā)生 .、冷裂紋一般在焊后并不立即出現(xiàn) ,而是在焊后幾小時、 幾天甚至更長時間 才出現(xiàn) .2.3、 冷裂紋地防止措施：2.3.1 、 選用堿性低氫型焊條 ,減少焊縫中擴散氫地含量；、嚴格遵守焊接材料 （焊條、焊劑 ）地保管、烘焙、使用制度 ,焊條和焊劑應 按規(guī)定烘干 ,隨用隨取 ,謹防受潮；、保護氣體要控制其純度 ,嚴格清理焊條、 焊件地油、 銹、水分并控制焊接 環(huán)境地濕度 ,從而減少氫地來源；、改善焊縫金屬性能 .如加入一些合金元

7、素可以提高焊縫中地塑性 .、根據(jù)材料等級、 碳當量、構件厚度、施焊環(huán)境等 ,正確地選擇焊接工藝參 數(shù)和線能量 ,例如：采用焊前預熱 ,焊后緩冷 ,采取多層多道焊接 ,控制一定地層 間溫度等 ,改善焊縫熱影響區(qū)地組織 ,去氫和消除焊接應力 .、焊后緊急熱處理 ,以去氫、消除內(nèi)應力和淬硬組織回火 ,改善接頭韌性；、采用合理地施焊程序 ,采用分段退焊法等 ,減少焊接變形和焊接應力 .二、氣孔焊縫中地氣孔是焊接缺陷之一 ,對一般非壓力容器構件來說 ,不認為是重要缺 陷 ,往往被人們所忽視 ,但氣孔會降低焊接接頭地機械性能 ,產(chǎn)生應力集中 ,它地存 在減少了焊縫有效工作截面 ,降低了接頭地機械強度 .嚴

8、重時會造成脆性破壞 ,影 響產(chǎn)品質(zhì)量 .若是有穿透性或連續(xù)性氣孔存在 ,將會嚴重影響焊件地密封性 .可是 , 在鋼制結構地焊接中 ,若在幾米或十幾米乃至更長地焊縫上 ,要保證不出一個氣孔 只有通過采取采性氣體對焊縫正面形成良好保護 ,保證一次焊透 ,或采用帶背面止 口地接頭形式 ,才可防止氣孔地產(chǎn)生 .1、 氣孔地產(chǎn)生及預防1.1、氣孔地產(chǎn)生原因：焊縫內(nèi)部易形成氣孔 ,主要原因是從熔池上方和熔池底部卷入空氣所致 .具體 地講,就是在鋼結構焊接施工中 , 由于焊件表面地油、污、銹、垢及氧化膜沒有清 除干凈、焊條受潮或質(zhì)量不好、焊炬擺幅快而大、焊接現(xiàn)場周圍風力較大、焊接 速度過快、焊絲和母材地化學

9、成分不匹配等諸多因素 ,造成焊縫金屬在高溫時 ,吸 收了過多環(huán)境中地氣體（如 02、H2、N2）或由于溶池內(nèi)部冶金反應產(chǎn)生地氣體(如CO),在溶池冷卻凝固時來不及排出，而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴1.2、氣孔地防止措施在焊接施工中,如何控制好過多地環(huán)境氣體(如 。2、H2、N2、)及時排除才是 氣孔預防措施地關鍵之所在 ,下面將逐一進行介紹各種有害氣體地來源、危害以 及具體地控制措施 .1.2.1 、 氧在焊縫中地作用：1.2.1.1 、氧地來源：焊接區(qū)地氧主要來自電弧中地氧化性氣體(如二氧化碳、 氧、水等)、焊劑、藥皮中地水份和焊件表面地鐵銹、水份 .、氧對焊縫質(zhì)量地影響：1) 加速焊縫中有益

10、元素地燒損 ,而使焊縫地強度、塑性、沖擊韌性降低 .2) 降低焊縫地物理性能和化學性能 ,如導電性、導磁性和抗腐蝕性等 .3) O2 與 H2、 C 反應,形成不溶于金屬地氣體 ,如果結晶時來不及逸出焊縫 ,則 形成氣孔 .、氧氣孔在焊縫中地特征： 氧氣孔主要發(fā)生在碳鋼焊縫中 ,一般情況下存 在于焊縫地內(nèi)部 ,氣孔沿結晶方向分布 ,呈條狀或不規(guī)則形狀 ,表面光滑 .、控制氧地措施：1) 加強保護 ,如采用短弧焊 ,選用合適地氣體流量 ,防止空氣入侵 .2) 清理焊件表面地水分、油污、鐵銹 ,按規(guī)定烘干焊條、焊劑等焊接材料 .3) 對焊縫采用一定地脫氧措施 .如采用含脫氧元素較高地焊條、焊劑 .

11、、氫對焊縫地作用：1.2.2.1 、氫地來源：焊縫中地氫主要來自受潮地藥皮或焊劑中水份、焊條、焊劑中地有機物、空 氣中地水份、焊件表面地鐵銹、油脂及油漆 .、氫對焊縫質(zhì)地影響：1) 形成氣孔 ,焊縫中飽和地氫來不及逸出焊縫時 ,就形成了氣孔 .2) 產(chǎn)生氫白點和氫脆；3) 氫也是產(chǎn)生冷裂紋地主要原因之一 .、氫氣孔在焊縫中地特征： 在焊接碳鋼和低合金鋼時 ,氫氣孔主要出現(xiàn)在焊 縫表面,以單個出現(xiàn) ,在返修磨刨時明顯感覺很深 ,氣孔內(nèi)壁光滑 ,焊接鋁、鎂等 有色金屬時 ,主要了產(chǎn)生在焊縫地內(nèi)部 .、控制氫地措施：1) 清理焊件及焊絲表面地油污 ,鐵銹、水份 .2) 焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑 .氣

12、體保護焊對氣體進行去水份、干燥處理 .3) 盡量選用低氫型焊條 ,焊接時采用直流反接、短弧操場作 .4) 對焊縫進行消氫處理 ,如焊前預熱 ,焊后緩冷 .、氮對焊縫地作用： 、氮地來源：焊接時熔池中地氮主要來自空氣中 、氮對焊縫質(zhì)量地影響： 焊縫中飽和地氮來不及逸出焊縫時 ,就形成了氣孔 , 同時也影響焊縫地力學性能 .、氮氣孔在焊縫中地特征：氮氣孔一般發(fā)生有焊縫地表面(多層焊在每層 地表面)成堆、蜂窩狀出現(xiàn) ,焊條電弧焊一般在接頭引弧處出現(xiàn)較多 ,生產(chǎn)中 也是出現(xiàn)得比較多地氣孔 .、控制氮地措施：1) 清理焊件及焊絲表面地油污 ,鐵銹、水份 ,焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑 .2) 氣體保護焊對保護氣體進行去水份、干燥處理 ,氣體純度要達到要求 ,有風 時要有防風措施 .3) 不得使用藥皮開裂、藥皮脫落、變質(zhì)、偏心或生銹地焊條 .4) 選用合適地焊接工藝參數(shù) ,堿性焊條時要采用短弧焊 ,電流采用直反接 .三、結束語：綜上所述：鋼結構焊接施工中 , 裂紋和氣孔缺陷均會導致焊縫出現(xiàn)應力集中 , 縮短使用壽命 ,造成脆裂 ,降低結構斷面尺寸 ,影響焊縫地力學性能 ,危及安全 .因 此,在重要乃至關鍵部位地鋼結構制作安裝中 , 必須加強焊接工