本文基于焊接產(chǎn)生裂紋的理論知識,通過實踐經(jīng)驗，對鋼結(jié)構(gòu)裂紋產(chǎn)生的內(nèi)外在原因進行了深入分析。
    焊接裂紋是鋼結(jié)構(gòu)在制造過程出現(xiàn)的危害最嚴(yán)重的缺陷,我公司主要承擔(dān)為安陽鋼鐵備件制造、安裝及系統(tǒng)檢修,在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中,有時焊縫會出現(xiàn)焊接裂紋,給工程施工帶來一定的影響,具體表現(xiàn)在:裂紋能引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中,降低焊接接頭的承載能力,任其發(fā)展的話最終會導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的破壞,降低工程質(zhì)量,縮短結(jié)構(gòu)壽命,嚴(yán)重時可能造成安全事故,間接延誤工期并增加施工成本,影響公司的形象,所以說裂紋在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須徹底清除,進行修補,確保產(chǎn)品質(zhì)量.以下對鋼結(jié)構(gòu)制造過程中裂紋產(chǎn)生的原因及其防治措施進行分析。
    1.內(nèi)在原因分析及相應(yīng)的預(yù)防措施
    一般焊接裂紋按其產(chǎn)生的溫度和時間分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。
    1.1.熱裂紋
    熱裂紋是指在焊接過程中,焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時產(chǎn)生的裂紋,故又稱為高溫裂紋.其產(chǎn)生的原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在偏析現(xiàn)象,偏析出的物質(zhì)多為低熔點共晶和雜質(zhì).它們在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層形式存在,凝固以后的強度也較低,當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋.此外如果母材的晶界上也存在低熔點共晶和雜質(zhì),則在加熱溫度超過其熔點的熱影響區(qū),這些低熔點化合物將熔化而形成液態(tài)間層,在一定條件下,焊接應(yīng)力足夠大時也會被拉開形成所謂熱影響區(qū)液化裂紋.總之,熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果.熱裂紋特征是:多貫穿在焊縫表面,且斷口被氧化成氧化色.它主要的表現(xiàn)形式:縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋及熱影響區(qū)裂紋.針對其產(chǎn)生的原因采取以下預(yù)防措施:a)限制鋼材和焊材中的硫、磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).b)改善熔池金屬的一次結(jié)晶,細化晶粒提高焊縫金屬的抗裂性:廣泛采用的方法是向焊縫金屬中加入細化晶粒的元素.c)控制焊接工藝參數(shù),適當(dāng)提高焊縫成型系數(shù):可采用多層多道焊法,避免中心線偏析,可防止中心線裂紋。
    1.2.冷裂紋
    冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度時產(chǎn)生的焊接裂紋.它與熱裂紋不同,是在焊后較低溫度下產(chǎn)生的,可以焊后立即出現(xiàn),有時要經(jīng)過一段時間才能出現(xiàn),這種拖后一段時間才能出現(xiàn)的裂紋也稱為延遲裂紋.冷裂紋主要發(fā)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼或中合金鋼中,產(chǎn)生的原因主要有三個因素:1)鋼的淬硬傾向大;2)焊接接頭受到的拘束應(yīng)力;3)較多的擴散氫的存在和濃集.這三個條件同時存在時,就容易產(chǎn)生冷裂紋.在許多情況下,氫是誘發(fā)冷裂紋的最活躍的因素.冷裂紋的特征是斷裂表面沒有氧化色彩,這表明與熱裂紋不一樣,它多產(chǎn)生在熱影響區(qū)或熱影響區(qū)與焊縫交界的熔合線上,但也有可能發(fā)生在焊縫上.防止冷裂紋主要從降低擴散氫含量、改善組織和降低焊接應(yīng)力等幾方面解決,主要的措施有:a)選用低氫型焊條,可減少焊縫的氫.b)焊條焊劑應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進行烘干,堿性焊條要求300~350℃,烘熔1~2h;酸性焊條要求100~150℃,烘熔1~2h;熔煉焊劑要求200~250℃,烘熔1~2h; 燒結(jié)焊劑要求200~250℃,烘熔1~2h.隨取隨用,嚴(yán)格清理焊絲和工件坡口兩側(cè)的油繡,水分,控制環(huán)境溫度.c)改善焊縫金屬的性能,加入某些合金元素以提高焊縫金屬的塑形.d)正確選用焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、緩冷、后熱以及焊后熱處理等,以改善焊縫及熱影響區(qū)的組織,去氫和消除焊接應(yīng)力.e)改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài),降低焊接應(yīng)力等。
    1.3.再熱裂紋
    再熱裂紋是焊后焊件在一定溫度范圍再次加熱(消除應(yīng)力熱處理或其他加熱過程)而產(chǎn)生的裂紋,也稱為焊后熱處理裂紋或消除應(yīng)力回火裂紋.在熱裂紋具有晶界斷裂的特征,大多發(fā)生在應(yīng)力集中部位.它產(chǎn)生的原因一般認(rèn)為是在再次加熱時,在第一次加熱過程中過飽和和固溶的碳化物再次析出,造成晶內(nèi)強化,使滑移應(yīng)變集中于原先的奧氏體晶界,當(dāng)晶界的塑形盈利能力不足以承受松弛應(yīng)力過程中所產(chǎn)生的應(yīng)變時,就會形成再熱裂紋.控制在熱裂紋的措施是:a)減小焊接應(yīng)力和應(yīng)力集中,如提高預(yù)熱溫度、焊后緩冷、使焊縫與母材平滑過渡等;b)在滿足設(shè)計要求的前提下,選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧?使焊縫的強度稍低于母材,讓應(yīng)力在焊縫中松弛;c)在保證室溫接頭強度的情況下,提高消除應(yīng)力退火溫度,致使析出比較大有碳化物粒子,以改善高溫延性。
    2.外在原因及應(yīng)對措施
    焊接裂紋除以上工藝和原材料方面的原因外,人的因素和環(huán)境條件也是很關(guān)鍵的外因.如在實際焊接過程中,對以上產(chǎn)生焊接裂紋的原因及預(yù)防措施重視不夠,制定的焊接工藝不詳細過于簡單,或操作人員責(zé)任心不強,不嚴(yán)格按照焊接工藝卡的要求實施;焊接工程師較少,在焊接過程中缺少焊接專業(yè)監(jiān)督指導(dǎo),對焊接后出現(xiàn)的問題不能及時處理;現(xiàn)場管理混亂,對原材料缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗制度而誤用不合格材料或用錯不同材料的鋼材;天氣氣溫低,沒能按照要求進行預(yù)熱、保溫緩冷措施;不應(yīng)涂漆的部位進行了油漆,部分施焊人員未經(jīng)培訓(xùn)等種種原因?qū)е掠行╊A(yù)防措施不能落實到位,偶爾仍會出現(xiàn)個別裂紋。
    3.實踐效果
    通過對鋼結(jié)構(gòu)焊縫裂紋產(chǎn)生的原因進行深入的分析,了解了其預(yù)防措施,理論聯(lián)系實際,基本上掌握了控制焊縫裂紋的方法,如2011年在安鋼3號高爐熱風(fēng)爐制造過程中,爐殼板(Q345)對接焊縫經(jīng)無損檢測發(fā)現(xiàn)有裂紋現(xiàn)象,經(jīng)分析:冬季施工環(huán)境溫度低,板材厚度較大,預(yù)熱及層間溫度措施不當(dāng),將原來的烤槍火焰預(yù)熱改為自動控溫?zé)犭娕技訜?解決了出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。

    經(jīng)實踐證明鋼結(jié)構(gòu)焊接時,按照以上分析的情況,嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)定、規(guī)程,基本上可以避免裂紋的產(chǎn)生,實踐效果良好。