钢结构焊接裂纹的产生及预防

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1、1.钢结构焊接裂纹的产生及预防摘要：指出了焊接接头的含氢量、材质的淬硬倾向和约束应力的影响是焊接裂纹特别是冷裂纹产生的主要原因，提出通过采用预热和后热、保持焊条的干燥和清洁、合理的焊缝设计和焊接工艺方法耒预防裂纹的产生。关键词：焊接裂纹；氢含量；淬硬；约束应力；焊接工艺1.1.引言钢结构具有强度高、重量轻、塑性和韧性好，且工业化程度高，可以成批大件生产、施工速度快等特点。在工程中特别是电厂得到广泛应用和迅速发展。近年来，低合金高强钢中厚板在工程中使用趋于普遍，但较厚的钢板与较薄板比较，由于钢板厚度加大时存在冶金缺陷的成分可能加大，同时厚板辊轧次数减少，颗粒一般较薄板粗糙，所以中厚板在焊接中就会

2、带来一系列问题，较为严重而又十分普遍的就是裂纹。1.2.焊接裂纹的产生裂纹是焊接连接中最危险的缺陷。按产生的时间不同，可分为热裂纹和冷裂纹，前者是在焊接时产生的，后者是焊缝冷却过程中或冷却后产生的。在电厂钢结构中，使用过程中产生冷裂纹往往是很严重的质量问题。冷裂纹的产生和发展一般都比较隐蔽、时间较长，平时不会引起操作人员的注意，但一旦发生其后果却是灾难性的。在焊接生产过程中，由于采用的焊接材料不同，结构类型、刚度以及施工、安装的具体条件不同，可能出现各种形态的冷裂纹，比较常见的有焊趾裂纹、焊道裂纹、根部裂纹等。冷裂纹大多数具有一定的延时性即是一种延迟裂纹，一般是在有载荷的使用过程中产生的，裂纹

3、发生之前有一段潜伏期，然后是裂纹的扩展，最后发生脆性断裂，因此危害性很大。大量的实践和理论研究表明，冷裂纹产生的原因主要有以下几种：焊接接头含氢量、材质的淬硬倾向现象以及约束应力的影响等。1.1.1.氢对焊缝的影响焊接时，焊接材料中的水分、电弧周围空气中的水蒸气、焊丝和母材表面上的铁锈油污等杂质，在施焊时经电弧热分解而给焊缝中带入氢，而氢是引起焊接延迟裂纹的主要因素之一。焊接时，在高温条件下，大量的氢溶解在溶池中，在随后的冷却过程中，由于溶解度的急剧降低，氢将极力逸出，但因焊接时冷速过快，使氢来不及逸出而保留在焊缝金属中，焊缝中的氢处于过饱和状态，因而氢要极力扩散，焊缝中的含氢量是随时间而变化

4、的。随着放置时间的增加，部分氢从焊缝中逸出，部分氢则扩散到钢微缺陷处，成为残余氢，而这些残余氢继续对焊缝起作用，成为冷裂纹的罪魁祸首。氢是钢中扩散最快的元素，其扩散的速度与温度的高低成正比，温度升高，氢扩散得越快。焊后焊件在较高温度停留时间长些或设法使焊件冷却得慢些就可以使氢充分扩散到焊件外面，使焊缝中的氢含量减少。焊前进行预热，或者焊后热处理使焊件在焊后缓慢冷却，都可以使氢充分逸出减少冷裂纹。1.1.2.材质的淬硬倾向对冷裂纹的影响钢的淬硬倾向主要决定于其化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。2.焊接裂纹随着钢铁、石油化、，舰船和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数的

5、方向发展，有的还在低、深冷、腐蚀介质等环境下工作。因此，各种低合金高强钢，中、高合金钢，超高强钢，以及各种合金材料的应用日益广泛。但是随着这些钢种和合金材料的应用，在焊接生产上带来了许多新的的问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接裂纹。2.1.焊接裂纹的危害性焊接裂纹不仅给生产带来许多困难，而且可能带来灾难性的事帮。据统计，世界上焊接结构所出现各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上的问题之外，绝大多数是由裂纹而引起的脆性破坏。因此，裂纹是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。压力容器的破坏事帮常常造成巨大的损失。焊接结构中裂纹问题危害甚大，已造成世界各国所关注的课题。1.1.

6、焊接裂纹分类及其一般特征在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同，可能出现各种裂纹。裂纹的形态和分布特别征都是很复杂的，有焊缝的表面裂纹、内部裂纹，有热影响区的横向、纵向裂纹，有焊缝和焊道下的深埋裂纹、也有在弧坑处出现的所谓弧坑(火口)裂纹。值得注意的是，裂纹有时出现在焊接过程中，也有时出现在放置或运行过程中，也就是所谓的延迟裂纹。因为这种裂纹在生产中无法检测，所以这种裂纹的危害性就更为严重。总而言之，焊接生产中所遇到的裂纹有多种多样，按产生裂纹的本质来分，林体上可分为五大类。1.1.1.热裂纹(HotCracking)热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹。特征：是沿原奥氏体晶界开裂，根据所焊

7、金属的材料不同(低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等)。产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同。因此，又把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。a：结晶裂纹焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。多数情况下，在发生裂纹的焊缝断面上，可以看到有氧化的彩色，说明这种裂纹是在高温下产生的。结