碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

毛德仁 白虎东

摘要：焊接是生產各类铸件、锻件及钢结构件的一道重要工序，焊接质量的好坏对产品的性能及稳定性有直接的影响，提高焊接质量对企业发展的重要性不言而喻。基于此，本文分析了焊接缺陷产生的原因，提出了有效预防焊接缺陷的策略，希望本文能为企业提高焊接质量提供一些有益的参考和借鉴。

关键词：焊接缺陷；焊接质量；预防策略

引言

随着自动化焊接技术的发展，机械手臂焊接逐渐代替了传统焊接方式，但在部分产品加工中，手工电弧焊仍然具有不可代替的作用，尤其是在钢结构件焊接方面，手工现场焊接仍占有重要地位。但在焊接过程中，受制于材料、设备、人工操作和工艺等方面的原因，焊接质量不高，一些焊接指标超标，对焊件使用寿命和质量造成了严重影响。

1、焊接缺陷的产生原因

（一）焊机性能；焊机性能对焊接质量有直接影响，假如焊机性能不稳定，焊接条件不佳，就很难焊出优质的焊缝。在焊机电压不稳、电弧推力不足的情况下，焊接无法正常进行，焊接质量自然无从谈起。（二）焊接电流；焊接电流会对焊接质量造成很大程度的影响。大电流焊接可增加熔深，提高效率，但易出现烧穿、焊瘤、成形差、咬边等缺陷；利用小电流焊接，电弧穿力小，易出现未熔合、夹渣、未焊透等缺陷。（三）焊接速度；焊接速度过快时，熔池温度过低，母材和焊缝不能完全熔透，会出现未焊透、未熔合和焊缝不良等焊接缺陷。焊接速度过慢时，熔池温度过高，易造成焊渣倒流，形成夹渣缺陷，还会增加热影响区宽度，焊接接头的晶粒变粗大，力学性能下降，且会增加焊接的变形量。（四）电弧弧长；电弧过长时，无法保护融化后的金属，气体入侵熔池，容易使焊缝出现气孔，进而导致焊缝力学性能降低，无法通过检验，需要进行返工重焊。电弧过短时，会增加对母材表面的压力，受推力的影响，融化的金属难以成形。（五）焊道层数；减少焊道层数，增加单层厚度，在焊接过程中熔池温度就会太高，不利于保障焊缝金属的塑性，且焊渣在焊接过程中翻转，会造成未熔合和夹渣等缺陷。如果增加焊道层数，减小单层厚度，有利于提高焊缝质量，但会降低焊接效率。（六）焊工水平；在焊接焊缝时，一些焊工缺乏焊接技术，对手工电弧焊掌握不够，很容易引起焊接质量问题。比如，在进行手工电弧焊时，焊条角度、运条方式、收弧等操作控制不当，都会严重影响焊接质量。（七）其他方面；焊前未清理干净坡口上的锈、油和水分等，容易造成焊接过程中出现夹杂、气孔等缺陷。对口间隙太大，会造成焊瘤；对口间隙太小，会造成焊缝根部焊不透。焊接时防风措施不到位，会增加焊缝的气孔。焊接过程中使用的焊条未烘干，或焊条未使用保温桶等因素，会导致焊缝成型不好，焊缝的气孔增多，导致焊缝质量不能达标。

2、焊接缺陷造成的主要危害

焊接残缺陷会造成焊接件疲劳强度下降，静载荷、动载荷强度下降，韧性降低，抗腐蚀性差。焊接缺陷造成的主要危害是焊接应力集中。焊接缺陷造成的应力集中主要原因为，焊接截面变化而引起局部压力改变，由于缺陷表现形式不同，造成的截面变化程度不同，对应力影响大小也各不相同。所以在焊接过程中和焊接后均会产生焊接应力，特别是较厚钢板的焊接，会产生较大的残余应力，从而导致热裂纹或冷裂纹。焊接接头形式不同也会造成不同程度的焊接应力集中。①焊接变形是结构件焊接制造过程中最常见问题之一，由于焊接过程是一个受到电弧电压、电流、热传导、金属相变和力学性能改变，局部快速的加热到高温并随后快速冷却的非线性瞬间热传导过程，整个焊接件的温度变化急剧，焊缝周围母材热影响区的金相也随温度剧烈变化，其物理性能也随之改变。焊接变形不仅会降低结构件本身强度，还会导致结构件装配尺寸出现误差，影响产品质量，降低生产效率。②降低产品疲劳强度，缩短产品使用寿命。由煤机产品结构件钢板厚度较厚，结构较为复杂，所选母材材质含碳量较高，要求承受的动、静载荷也较为复杂。焊缝应力集中，不仅造成焊缝处强度较低，同时对结构静载荷非脆性破坏影响较大，缩短产品使用寿命，降低产品可靠性。③引发焊接件脆性断裂。煤机产品结构件焊接过程中，产生的结构应力较大，同时过热区和熔合区脆性和韧性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用时同时产生内应力，极有可能引起结构件的突然断裂，造成安全事故。

3、焊接质量检验

对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。

3.1外观检验

①利用肉眼或放大镜对焊缝进行外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。②利用专业测量仪器如焊接检验尺对焊缝的外形尺寸进行测量。

3.2无损探伤

无损探伤是指在不损坏被测件前提下，借助仪器设备对焊缝质量进行检测，检测方法有超声报检测、渗透检测、磁粉检测、射线检测等。本文对煤炭机械焊缝常用的检测方法进行介绍。①超声波检测，利用超声波探伤仪产生的震荡激励探头发射超声波，对工件焊缝进行测试，探头接收到反馈波后显示到仪器屏幕上，从而查看被检验焊缝是否有焊接缺陷。超声波无损检测是目前最常用的焊缝检测方法之一，其主要优点有：检测范围较大，缺陷定位准确，对检测人员和环境不造成伤害。②渗透检测，包含着色探伤检测和荧光渗透检测，主要检测表面焊接缺陷，其主要原理为渗透液在毛细作用下，渗透至焊接表面，再施加显像剂，缺陷内的残留渗透剂又回渗到工件表面，从而显示出缺陷形态，不受焊接结构影响。但渗透检测相关检测参数并不明确，需要在累积中总结，对检验人员业务能力要求较高。③磁粉检测，主要用于检测表面焊接裂纹缺陷的检测方法，工件被磁化后在被测试件上撒上磁粉或磁悬液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便会吸附于缺陷位置，通过磁痕来显示和判定缺陷位置、大小。检验结果相对直观可靠。④X射线检测，主要通过X射线成像设备，获取焊接结构的数字成像图并输入计算机，由计算机对数字图像进行处理，通过对缺陷图像的提取，对焊接缺陷进行分析和判定。但X射线检测在实际应用中有一定局限性。

3.3打压试验

对于油箱、水箱等要求密封性的结构件，进行打压试验，可根据自身条件选择水压试验或气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。

结束语

总而言之，对焊接质量造成影响的因素较为复杂，不但有人的因素，也有外界条件的因素，因此，在焊接过程中要严格加强过程控制，创造良好的焊接条件，尽量减少和避免焊接缺陷，以促进焊接质量的提升。

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（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）