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技术问题

埋弧焊缺陷裂纹的防止方法

通常情况下,埋弧焊接头有可能产生两种类型的裂纹,即结晶裂纹和氢致裂纹。前者只限于焊缝金属,后者则可能发生在焊缝金属或热影响区。 结晶裂纹 钢材焊接时,焊缝中S,P等杂志在结晶过程中形成低熔点共晶。随着结晶过程的进行,它们逐渐被排挤在晶界,形成了“液态薄膜”。焊缝凝固过程中,由于收缩作用,焊缝金属受拉应力,“液态薄膜”不能承受拉应力而形成裂纹。可见产生“液态薄膜”和焊缝的拉应力是形成结晶裂纹的两方面原因。 钢材的化学成分对结晶裂纹的形成有重要影响。硫对形成结晶裂纹影响最大,但其影响程度又与钢中其他元素含量有关,如Mn与S结合成MnS而除硫,从而可以抑制S的有害作用。Mn还能改善硫化物的性能、形态及其分布等。此外,是否产生结晶裂纹不仅与焊缝金属中的Mn/S值有关,还与含碳量有关。为了防止产生结晶裂纹,含C量愈高,Mn/S值也愈高。Si和Ni的存在也会增加硫的有害作用。 埋弧焊焊缝的熔和比通常都较大,因而母材金属的杂质含量对结晶裂纹倾向有很大关系。母材杂质较多,或因偏析使局部C,S含量偏高,Mn/S可能达不到要求。可以通过工艺措施(如采用直流正接、加粗焊丝以减小电流密度、改变坡口尺寸等)减小熔合比;也可通过焊接材料调整焊缝金属的成分,如增加含Mn量,降低C,S量等。 焊缝形状对于结晶裂纹的形成也有明显的影响。窄而深的焊缝会造成对称的结晶面,“液态薄膜”将在焊缝中心形成,有利于结晶裂纹的形成。焊接接头形式不同,不但刚性不同,并且散热条件与结晶特点也不同,对产生结晶裂纹的影响也不同。 氢致裂纹 氢致裂纹较多地发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的焊接热影响区中。它可能在焊后立即出现,也叮能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。这种焊后若干时间才出现的裂纹称为延迟裂纹。氢致裂纹是焊接接头含氢量、接头显微组织、接头拘束情况等因素相互作用的结果。 在焊接厚度10mm以下的工件时,一般很少发现这种裂纹。工件较厚时,焊接接头冷却速度较大,对淬硬倾向大的母材金属,易在接头处产生硬脆的组织。另一方面,焊接时溶解于焊缝金属中的氢,由于冷却过程中溶解度下降,向热影响区扩散。当热影响区的某些区域氢浓度很高而温度继续下降时,一些氢原子开始结合成氢分子,在金属内部造成很大的局部应力,在接头拘束应力作用下产生裂纹。 针对氢致裂纹产生的原因,可似从几方面采取措施。减少氢的来源及其在焊缝金属中的溶解,采用低氢焊剂;焊剂保管中注意防潮,使用前严格烘干;对焊丝、工件焊口附近的锈、油污、水分等焊前必须清理干净。 通过焊剂的冶金反应把氢结合成不溶于液态金属的化合物,如高锰高硅焊剂可以把氢结合成HF和OH两种稳定化合物进入熔渣中,减少氢对生成裂纹的影响。正确选择焊接工艺参数,降低钢材的淬硬程度并有利于氢的逸出和改善应力状态,必要时可采用预热。采用后热或焊后热处理。焊后热有利于焊缝中溶解氧顺利逸出。 有些工件焊后需要进行热处理,一般情况下多采用回火处理。这种热处理效率一方面可消除焊接残余应力,另一方面使已产生的马氏体高温回火,改善组织。同时接头中的氢可进一步逸出,有利于消除氢致裂纹,改善热影响区的延性。 改善接头设计,降低焊接接头的拘束应力。在焊接接头设计上,应尽可能消除引起应力集中的因素,如避免缺口、防止焊缝的分布过分密集等。坡口形状尽可能对称为宜,不对称的坡口裂纹敏感性较大。在满足焊缝强度的基本要求下,应尽量减少填充金属的用量。埋弧焊时,焊接热影响区除了可能产生氢致裂纹外,还可能产生淬硬脆化裂纹、层状撕裂等。 本文参考《焊接工艺》一书。 相关链接
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