危害:裂纹是所有的焊接缺陷里危害最严重的一种。它的存在是导致焊接结构失效的最直接的因素,特别是在锅炉压力容器的焊接接头中,因为它的存在可能导致一场场灾难性的事故的发生,裂纹最大的一个特征是具有扩展性,在一定的工作条件下会不断的“生长”,直至断裂。
产生原因及防止措施:
(1)冷裂纹:是焊接头冷却到较低温度下(对于钢来说是Ms温度以下)时产生的焊接裂纹,冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带,裂纹有时沿晶界扩展,也有时穿晶扩展。这是由于焊接接头的金相组织和应力状态及氢的含量决定的。(如焊层下冷裂纹、焊趾冷裂纹、焊根冷裂纹等)。
产生机理:钢产生冷裂纹的倾向主要决定于钢的淬硬倾向,焊接接头的含氢量及其分布,以及接头所承受的拘束应力状态。
产生原因:
a.钢种原淬硬倾向主要取决于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。钢的淬硬倾向越大,越易产生冷裂纹。
b.氢的作用,氢是引起超高强钢焊接冷裂纹的重要因素之一,并且有延迟的特征。高强钢焊接接头的含氢量越高,则裂纹的敏感性越强。
c.焊接接头的应力状态:高强度钢焊接时产生延迟裂纹的倾向不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的作用,还决定于焊接接头的应力状态。焊接时主要存在的应力有:不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力、金属相变时产生的组织应力、结构自身拘束条件等。
d.焊接工艺的影响:线能量过大会引起近缝区晶粒粗大,降低接头的抗裂性能;线能量过小,还会使热影响区淬硬,也不利于氢的逸出而增大冷裂倾向。焊前预热和焊后热处理的温度不合适,多层焊的焊层熔深不合适等。
防止措施:
a.选择合适的焊接材料:如优质的低氢焊接材料和低氢的焊接方法。对重要的焊接结构,应采用超低氢、高韧性的焊接材料,焊条、焊剂使用前应按规定烘干。
b.焊前仔细清除坡口周围基体金属表面和焊丝上的水、油、锈等污物,减少氢的来源,以降低焊缝中扩散氢的含量。
c.采用低匹配的焊缝或“软层焊接”的方法,对防止冷裂纹也是有效的。
d.避免强力组装、防止错边、角变形等引起的附加应力,对称布置焊缝,避免焊缝密集,尽量采用对称的坡口形式并力求填充金属减少量,防止焊缝缺陷的产生。
e.焊前预热和焊后缓冷,这不仅可以改善焊接接头的金相组织,降低热影响区的硬度和脆性,而且可以加速焊缝中的氢向外扩散,此外还可以起到减小焊接残余应力的作用。
f.选择合适的焊接规范。焊接速度太快,则冷却速度相应的也快,易形成淬硬组织,若焊接速度太慢,又会导致热影响区变宽,造成晶粒粗大。选择合理的装配工艺和焊接顺序以及多层焊的焊层熔深。
(2)层状撕裂:大型厚壁结构在焊接过程中会沿钢板的厚度方向产生较大的Z向拉伸应力,如果钢中的较多的夹层,就会沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹,称为层状撕裂。
产生原因:金属材料的中含有较多的非金属夹杂物,Z向拘束应力大,热影响区的脆化等。
防止措施:选用具有抗层状撕裂能力的钢材,在接头设计和焊接施工中采取措施降低Z向应力和应力集中。
(3)热裂纹:焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。沿奥氏体晶界开裂,裂纹多贯穿于焊缝表面,断口被氧化,呈氧化色。常有结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹等。
产生原因:
a.焊缝的化学元素的影响,主要是硫、磷的影响,易在钢中形成低熔点共晶体,是一种脆硬组织,在应力的作用下引起结晶裂纹。其中的硫、磷等杂质可能来自材料本身,也有可能来自焊接材料中,也有可能来自焊接接头的表面。
b.凝固结晶组织形态也是形成热裂纹的一种重要因素。晶粒越粗大,柱状晶的方向越明显,则产生结晶 裂纹的倾向就越大。也就是焊接线能量越大越易形成热裂纹。
c.力学因素对热裂纹的影响:焊件的刚性很大,工艺因素不当,装配工艺不当以及焊接缺陷等都会导致应力集中而加大焊缝的热应力,在结晶时形成热裂纹。
防止措施:
a.控制焊缝金属的化学成分,严格控制硫、磷的含量,适当提高含锰量,以改善焊缝组织,减少偏析,控制低熔点共晶体的产生。
b.控制焊缝截面形状,宽深比要稍大些,以避免焊缝中心的 偏析。
c.对于刚性大的焊件,应选择合适的焊接规范,合理的焊接次序和方向,以减少焊接应力。
d.除奥氏体钢等材料外,对于刚性大的焊件,采取焊前预热和焊后缓冷的办法,是防止产生热裂纹的有效措施。
e.采用碱性焊条,甚至提高焊条或焊剂的碱度,以降低焊缝中的杂质含量,改善偏析程度。
(4)再热裂纹:对于某些含有沉淀强化元素(如Cr、Mo、V、Nb等)的高强度钢和高温合金(包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化的高温合金及某些奥氏体不锈钢等)焊接后并无裂纹发生,但在热处理过程中析出沉淀硬化相导致热影响区粗晶区或焊缝区产生的裂纹。有些焊接结构即使焊后消除应力热处理过程中不产生裂纹,而在500～600℃的温度下长期运行中也会产生裂纹。这些裂纹统称为再热裂纹。
产生原因:在热处理温度下,由于应力的松驰产生附加变形,同时在热影响区的粗晶区析出沉淀硬化相(钼、铬、钒等的碳化物)造成回火强化,当塑性不足以适应附加变形时,就会产生再热裂纹。
防止措施:
a.控制基体金属的化学成分(如钼、钒、铬的含量),使再热裂纹的敏感性减小。
b.工艺方面改善粗晶区的组织,减少马氏体组织,保证接头具有一定的韧性。
c.焊接接头:减少应力集中并降低残余应力,在保证强度条件下,尽量选用屈服强度低的焊接材料。
3、气孔
焊接时,因熔池中的气泡在凝固时未能逸出,而在焊缝金属内部(或表面)所形成的空穴,称为气孔。
危害:气孔会减小焊缝的有效截面积,降低焊缝的机械性能,损坏了焊缝的致密性,特别是直径不大,深度很深的圆柱形长气孔(俗称针孔)危害极大,严重者直接造成泄漏。
产生原因:
a.焊条或焊剂受潮,或者未按要求烘干。焊条药皮开裂、脱落、变质。
b.基本金属和焊条钢芯的含碳量过高。焊条药皮的脱氧能力差。
c.焊件表面及坡口有水、油、锈等污物存在,这些污物在电弧高温作用下,分解出来的一氧化碳、氢和水蒸气等,进入熔池后往往形成一氧化碳气孔和氢气孔。
d.焊接电流偏低或焊接速度过快,熔池存在的时间短,以致于气体来不及从熔池金属中逸出。
e.电弧长度过长,使熔池失去了气体的保护,空气很容易侵入熔池,焊接电流过大,焊条发红,药皮脱落,而失去了保护作用,电弧偏吹,运条手法不稳等。
f.埋弧焊时,使用过高的电弧电压,网络电压波动过大。
防止措施:
a.焊前一定要将焊条或焊剂按规定的温度和时间进行烘干,并做到随用随取,或取出后放在焊条保温桶中随用随取;
b.应选取药皮不得开裂、脱落、变质、偏心,含碳量低,脱氧能力强的焊条。焊丝表面应清洁,无油无锈。
c.认真清理坡口及两侧,去除氧化物,油脂,水分等。
d.当用碱性焊条施焊时,应保持较低的电弧长度,外界风大时应采取防风措施。
e.选择合适的焊接规范,缩短灭弧停歇时间。灭弧后,当熔池尚未全部凝固时,就及时再引弧给送熔滴,击穿焊接。
f.运条角度要适当,操作应熟练,不要将熔渣拖离熔池。
4、夹渣
焊接后残留在焊缝内部的非金属夹杂物,称为夹渣。立焊和仰焊比平焊容易产生夹渣。
危害:减少焊缝的有效截面积,降低了焊缝的机械性能。
产生原因:
a.焊接过程中,由于焊工工作欠认真,仔细,焊件过缘、焊层之间、焊道之间的熔渣未除干净就继续施焊,特别是碱性焊条,若熔渣未除干净,更易产生夹渣。
b.由于焊条药皮受潮,药皮开裂或变质,药皮成块脱落进入熔池,又未能充分熔化或反应不完全,使熔渣不能浮出熔池表面,造成夹渣。
c.焊接时,焊接电流太小,熔化金属和熔渣所得到的热量不足,流动性差,再加上这时熔化金属凝固速度快,使得熔渣来不及浮出。
d.焊接时,焊条角度和运条方法不恰当,熔渣和铁水分辨不清,把熔渣和熔化金属混杂在一起。焊缝熔宽忽宽忽窄,熔宽与熔深之比过小,咬边过深及焊层形状不良等都夹渣。
e.坡口设计、加工不当也导致焊缝夹渣。
f.基体金属和焊接材料的化学成分不当。如当熔池中含氧、氮、硫较多时,其产物(氧化物、氮化物、硫化物等)在熔化金属凝固时,因速度较快来不及浮出,就会残留在焊缝中形成夹渣。
防止措施:
a.认真清除锈皮和焊层间的熔渣,将凸凹不平处铲平,然后才能进行下一遍焊接。
b.选用具有良好工艺性能的焊条,选择合适的焊接电流,能改善熔渣上浮的条件,有利于防止夹渣的产生。遇到焊条药皮成块脱落时,必须停止焊接,查明原因并更换焊条。
c.选择适当的运条角度,操作应熟练,使熔渣和液态金属良好地分离。
5、未焊透
焊接时接头根部未完全熔透的现象。对接焊缝也指焊缝未达到设计要求的现象。
危害:明显地减小了焊缝的有效截面积,降低了焊接接头的机械性能,由于未焊透处存在缺口及“末端尖劈”,会造成严重的应力集中现象,故在承载后,极易在此处引起裂纹。
产生原因:
a.坡口角度小,钝边过大,装配间隙小或错边,所选用的焊条 直径过大,使熔敷金属送不到根部。
b.焊接电流太小,焊接速度太快,由于电弧穿透力降低使得熔池变浅而造成。
c.由于操作不当,使熔敷金属未能送到预定位置,或由于电弧的磁偏吹使热能散失,该地方电弧作用不到,或者单面焊双面成形的击穿焊由于电弧燃烧时间短或坡口根部未能形成一定尺寸的熔孔而造成未焊透。
防止措施:
a.选择合适的坡口角度,装配间隙及钝边尺寸,并防止错边。
b.选择合适的焊接电流,焊条直径,运条角度应适当。如果焊条药皮厚度不均产生偏弧时,应及时更换。
c.掌握正确的焊接操作方法,对手工电弧焊的运条和氩弧焊焊丝的送进应稳、准确。熟练地击穿,尺寸适宜的熔孔,应把熔敷金属送至坡口根部。
6、未熔合
熔焊时,焊道与母材之间或焊道之间未能完全熔化熔化结合在一起的部分,称为未熔合。也称为“假焊”常见的未熔合部位有三处;坡口边缘未熔合、焊缝金属层间未熔合。
