焊接裂紋的形成機理與預防措施

1、 焊接裂紋的形成機理與預防措施1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的緣由     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，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)焊接電弧的高溫熱作用分解成氫原子而進入焊接熔池中。在焊接過程中氫除向大氣中集中外，余下的在焊縫中呈過飽和狀態(tài)，即在焊縫中存在著集中氫。依據(jù)氫脆理

2、論，這種集中氫將向應變集中區(qū)（如微裂紋或缺口尖端四周）集中，當該區(qū)的氫濃度達到某一臨界值時，裂紋便連續(xù)擴展。     （2）應力。依據(jù)目前國內(nèi)及國際的施工水平，在球罐的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)應力，這種應力在焊后整體熱處理完成后也不行能完全消退。再加上球罐焊接是一個局部加熱過程，在焊接過程中產(chǎn)生應力與應變的循環(huán)，因此球罐焊接后必定存在殘余應力。     （3）組織。焊接熱影響區(qū)組織中過硬的馬氏體含量越多越簡潔產(chǎn)生冷裂紋。     3、防

3、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)在質量好的母材。即選用碳當量低的優(yōu)質鋼材，尤其是避開母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必需對板材進行嚴格的超聲波檢查，對有嚴峻夾層等缺陷的鋼材不得使用。     （2）盡量削減氫的來源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊條，必要時要接受超低氫型的焊條；其次，焊條使用前肯定要按產(chǎn)品使用說明進行烘干，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，重復烘干不得超過兩次；第三，要徹底

4、去除焊接坡口表面及坡口兩側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，實行有效的防風措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離愛護。     （3）選用適當?shù)暮盖邦A熱溫度和預熱范圍。適當?shù)念A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集中，削減了焊縫中集中氫含量，并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度和焊縫的冷卻速度，盡量削減馬氏體的含量，減小溫差應力。預熱溫度應通過工藝評定來確定，預熱范圍一般為坡口兩側三倍球殼板厚度且不小于100mm。當環(huán)境溫度低時還應增大預熱溫度和預熱范圍。對縱縫應整條焊縫同時

5、預熱，不能分段預熱。    （4）選用適當?shù)暮鬅釡囟群秃鬅釙r間。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫中集中氫會漸漸積累。因此焊后應馬上進行后熱，使集中氫有充分的時間溢出，同時還可以降低焊縫中的殘余應力，削減冷裂紋產(chǎn)生的機率。    （5）焊接過程中保持適當?shù)膶娱g溫度，適當?shù)膶娱g溫度也能延緩焊縫的冷卻時間，起到肯定的去氫和降低殘余應力的作用，層間溫度不得低于預熱溫度下限值。    （6）接受合適的線能量。若焊接線能量過小，焊縫熱影響區(qū)簡潔消滅淬硬組織，再加上集中氫的作用，焊縫簡潔產(chǎn)生冷裂紋

6、；若線能量過大又會使焊縫熱影響區(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量最直接的緣由，而焊接裂紋作為最難解決的焊接缺陷之一，在焊管生產(chǎn)中時有消滅。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)覺沒其他夾雜物。預防措施為：1冶金因素把握焊縫中S、P、C含量，是提高抗裂性、削減結晶裂紋的有效措施。在焊管生產(chǎn)中，選擇合適的焊絲、焊劑，有效把握其S、P、C含量，使削減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削減焊接裂紋的有效措施，當卷板較厚，板位把握難時會增加裂紋成形幾率，提高

7、對頭質量，盡量使鋼管在成型過程中產(chǎn)生較小的殘余應力，能削減結晶裂紋。3工藝因素削減熱輸入，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，避開偏析集中；此外寬焊縫相對窄焊縫能防止晶粒長大直接鵬在一起，避開偏析集中。焊接橫向裂紋，其走向垂直于焊縫，具有沿晶和穿晶特點，預防措施為：1冶金方面1）要保證板材優(yōu)良的力學性能，保證強度和韌性要求，盡量削減鋼中雜質；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，這些都導致橫向裂紋產(chǎn)生，應

8、選擇合適的焊接線能量；2）預熱可降低冷卻速度，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，使分別的兩部分金屬，借助于原子的集中與結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，依據(jù)實現(xiàn)金屬原子間結合的方式不同，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）成形便利：焊接方法機敏多樣，工藝簡便；在制造大型、簡單結構和零件時，可接受鑄焊、鍛焊方法，化大為小，化簡單為簡潔，再逐次裝配焊接而成。（2）適應性強：接受相應的焊接方法，不僅可生產(chǎn)微型、大型和簡單的金屬構件，也能生產(chǎn)氣密性好的高溫、高壓設備和化工設備；此外

9、，接受焊接方法，還能實現(xiàn)異種金屬或非金屬的連接。（3）生產(chǎn)成本低：與鉚接相比，焊接結構可節(jié)省材料10%20%，并可削減劃線、鉆孔、裝配等工序。另外，接受焊接結構能夠按使用要求選用材料。在結構的不同部位，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)濟性。焊接電弧是電極與工件之間的猛烈而長久的氣體放電現(xiàn)象。電弧的構造：焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)3部分組成。接受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，焊條接負極；反接是將工件接電源負極，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

10、60008000K。焊條電弧焊時，對焊接電源的基本要求有：（1）具有陡降的特性；（2）具有肯定的空載電壓以滿足引弧的需要，一般為5090V；（3）限制適當?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溝通弧焊機、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)進行有效愛護？焊接冶金過程特點：電弧焊時，被熔化的金屬、熔渣、氣體三者之間進行著一系列物理化學反應，如金屬的氧化與還原，氣體的溶解與析出，雜質的去除等。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

11、過程不同，主要有以下特點。（1）冶金溫度高：簡潔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)，各種化學反應無法達到平衡狀態(tài)，在焊縫中會消滅化學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，熔池四周的氣體、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)生化學反應。反應生成的氧化物、氮化物混入焊縫中，使焊縫的力學性能下降；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，會消滅“氫脆”現(xiàn)象。上述狀況將嚴峻影響焊接質量，因此，必需實行有效措施來愛護焊接區(qū)

12、，防止四周有害氣體侵入金屬熔池。    （7）防止強力組對。在球罐組對過程中選用合適的工藝和組裝機具，盡量避開強力組對。強力組對將使球罐在焊接前就存在強大的附加內(nèi)應力，這種內(nèi)應力在焊后也不行能完全消退。    （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)應力。     （9）接受合理的焊接挨次。當接受合理的挨次焊接時，整臺球罐將同時對稱地收縮或膨脹，這樣能把握焊接變形，減小焊接殘余應力。球罐焊接應遵循先縱縫后環(huán)縫，先大坡口后小

13、坡口，先赤道后溫帶最終極帶的原則，而且焊工應對稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要接受分段退焊法，分段長度為600700mm。    （10）避開工藝缺陷的產(chǎn)生。咬邊、未焊透、長條狀夾渣等工藝缺陷部位是應力集中區(qū)，這些部位簡潔產(chǎn)生冷裂紋。     （11）確保封底焊縫的質量，封底焊縫要自上而下焊接，不能接受搖擺、為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從把握溫度和改善約束條件兩個方面著手。     3.1把握溫度的措施如下：     3.1.1接受改

14、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削減混凝土中水泥用量；     3.1.2拌和混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；     3.1.3熱天澆筑混凝土時削減澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；     3.1.4在混凝土中埋設水管，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

15、施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節(jié)實行保溫措施。     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避開基礎過大起伏；     3.2.3合理地支配施工工序，避開過大的高差和側面長期暴露。     此外，改善混凝土的性能提高抗裂力量，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特殊是保證混凝土的質量對防止裂縫是格外重要，應特殊留意避開產(chǎn)生貫穿裂縫，消滅后要

16、恢復其結構的整體性是格外困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。     在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土心早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，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力，消滅“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必定引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數(shù)值，就在導致裂縫的危急，但假如在拆除模板后準時在表面掩蓋一

17、輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應力，具有顯著效果。     加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，由于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，而與應力狀態(tài)、時間及溫度無關。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)應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的715倍，當內(nèi)混凝土應力過到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100200kg/cm .因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的消滅很困難。但加筋后結構內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小

18、、寬度與嘗試較小了。而且假如鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y構的表面經(jīng)常會發(fā)生細而淺的裂縫，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構的強度和耐久性仍有肯定的影響。 挑弧、滅弧的施焊方法目前，砌體結構的房屋消滅各種型式的裂縫，非經(jīng)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，嚴峻的將形成結構平安隱患，甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的進展，房屋裂縫問題越來越引起人們的關注。    砌體屬于脆性材料，裂縫的存在降低了墻體的質量，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

19、觀上和心理上造成不良影響。特殊是隨著我國墻改、住房商品化的進展，人們對居住環(huán)境和建筑質量的要求不斷提高，對建筑物墻體裂縫的把握的要求更為嚴格。由于建筑物的質量低劣，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平安的一個格外直觀、敏感和首要的質量標準。因此加強砌體結構，特殊是新材料砌體結構的抗裂措施，已成為工程量、國家行政主管部門，以及房屋開發(fā)商共同關注的課題。     磚砌體結構裂縫產(chǎn)生的緣由    1、溫差變形引發(fā)的磚砌體裂縫     這類

20、裂縫較典型和普遍的是建筑物(特殊是那些縱向較長的)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，稍微者僅在兩端12個開間內(nèi)消滅，嚴峻者會進展至房屋兩端1/3縱長范圍內(nèi)，并由頂層向下幾層進展。此類型縫對那種剛性屋面平屋頂、未設變形縫、隔熱層的房屋，更易發(fā)生。產(chǎn)生的直接緣由是混凝土結構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果。具體的機理可認為是：在陽光照射下(特殊是南方地區(qū))屋面板溫度可高達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力。     2、地基基礎不均勻沉降引起的裂縫     一般在建筑物下部，由下往上進展，呈“八”字、倒“八”字、水平及豎縫。當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；當某一端下沉過大時，則在某端形成沉降端高的斜裂縫；當縱橫墻交點處沉降過大