許昌鋼結(jié)構(gòu)焊接熱裂紋和冷裂紋預(yù)防措施

鋼結(jié)構(gòu)工件由于存在外形尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對稱等因素，在加工過程中，常出現(xiàn)多種焊接問題，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如局部變形和產(chǎn)生焊接裂紋等。

焊接中的局部變形產(chǎn)生的原因很多，如加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變性不一致；或加工件本身焊縫布置不均，導(dǎo)致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大。另外，加工人員操作不當(dāng)，未對稱分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，會造成加工件變形的不一致。焊接時“咬肉”過大，會引起焊接應(yīng)力集中和過量變形，而焊接放置不平，應(yīng)力集中釋放時也會引起變形。
鋼結(jié)構(gòu)焊接常出現(xiàn)的另一質(zhì)量問題是產(chǎn)生焊接裂紋。分為熱裂紋和冷裂紋兩類。

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂紋或結(jié)晶裂紋，通常產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，有時也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，表現(xiàn)形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強(qiáng)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有低熔點共晶和雜質(zhì)，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時，也會被拉開?？傊?，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。

針對其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施如下：

限制母材及焊接材料(包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體)中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應(yīng)控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應(yīng)大于0.045%，磷的含量不應(yīng)大于0.055%；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10%以下時，熱裂紋敏感性可大大降低。二是調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共品的有害影響。三是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結(jié)晶時的偏析程度。適當(dāng)提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊接方法，避免中心線偏析，也可防止中心線裂紋。另外在操作時采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預(yù)熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施，也能預(yù)防熱裂紋的產(chǎn)生。

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)(300～200℃以下)產(chǎn)生的裂紋?？梢栽诤附雍罅⒓闯霈F(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時間才發(fā)生，故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個：焊接接頭形成淬硬組織；擴(kuò)散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應(yīng)力。

焊接局部變形的預(yù)防措施，在程序控制方面:

一是設(shè)計時盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設(shè)置焊縫減少交叉和密集焊縫；

二是要制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫。對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電流、速度、方向一致。手工焊接較長焊縫時，應(yīng)采用分段進(jìn)行間斷焊接法，由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應(yīng)對稱分散布置，避免由于熱量集中引起變形。大型工件如形狀不對稱，應(yīng)將小部件組焊矯正完變形后，再進(jìn)行裝配焊接，以減少整體變形。在作業(yè)實施中，工件焊接時應(yīng)經(jīng)常翻動，使變形互相抵消。對于焊后易產(chǎn)生角變形的零部件，應(yīng)在焊前進(jìn)行預(yù)變形處理，如鋼板v形坡口對接，在焊接前應(yīng)將接口適當(dāng)墊高，這樣可使焊后變平。另外，還可通過外焊加固件，增大工件的剛性來限制焊接變形，這時，加固件的位置應(yīng)設(shè)在收縮應(yīng)力的反面。對已經(jīng)變形的工件處理辦法，如變形不大，可采用火烤矯正。如變形較大，采用邊烤邊用千斤頂頂?shù)姆椒ǔC正。

冷裂紋的預(yù)防措施主要有幾方面：

一是選擇合理的焊接規(guī)范和線能，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出；

二是采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴(kuò)散氧含量。

三是焊條和焊劑在使用前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的要求進(jìn)行烘干(低氫焊條300℃～350℃保溫lh；酸性焊條l00℃～l50℃保溫lh；焊劑200℃～250°保溫2h)，認(rèn)真清理坡口和焊絲，汰除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來源。

四是焊后及時進(jìn)行熱處理。一種是進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。除此之外，選材上提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀夾雜物，工藝上采取可降低焊接應(yīng)力的各種措施，也都是必要的。