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工藝因素

在金屬凝固過(guò)程中，金屬純度不同結(jié)晶速度不同，金屬結(jié)晶使得 體積減小收縮，產(chǎn)生拉伸變形，當(dāng)變形量超過(guò)塑性變形極限就產(chǎn)生了 結(jié)晶裂紋。冶金因素和收縮力的因素是影響結(jié)晶裂紋形成的兩個(gè)主要 因素。從而可知焊絲與母材配套是非常重要的。

高強(qiáng)鋼焊接時(shí)經(jīng)常遇到延遲裂紋，原因是：鋼種的淬硬傾向；焊 接接頭的含氫量及其分布；焊接接頭約束應(yīng)力狀態(tài)。這是產(chǎn)生延遲裂 紋的三大因素。

a.鋼的淬硬傾向，取決于鋼的材質(zhì)，牌號(hào)越高，強(qiáng)度越硬，淬硬 性越強(qiáng)。板厚度大易產(chǎn)生冷裂縫，溫差大冷卻速度快易產(chǎn)生冷裂縫。在急劇冷卻的條件下容易發(fā)生脆斷。

b.氫的作用，氫是引起焊接件產(chǎn)生延遲裂紋的主要原因并且具有 延遲的特征。焊接接頭氫含量越高，則產(chǎn)生裂紋的傾向越大，當(dāng)含氫量超過(guò)某 一臨界值時(shí)，便開始出現(xiàn)裂紋。氫的含量越大裂紋的尺寸和數(shù)量越大。氫的臨界含量與預(yù)熱溫度以及冷卻速度等而異，隨著碳當(dāng)量的提高產(chǎn) 生焊接裂紋的臨界含氫量將降低。就是說(shuō)：鋼的碳當(dāng)量越高，強(qiáng)度越 高，產(chǎn)生焊接裂紋的臨界氫含量就越低，更易于產(chǎn)生冷裂紋。

c.焊接接頭約束應(yīng)力狀態(tài)，在焊接時(shí)主要存在以下應(yīng)力：不均勻 加熱和冷卻產(chǎn)生的熱應(yīng)力；結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的應(yīng)力，和結(jié)構(gòu)的剛度、約 束條件、焊縫位置、焊接順序、構(gòu)件自重以及負(fù)載有關(guān)。

焊接接頭再次加熱時(shí)，由于第一次焊接熱過(guò)程中的飽和碳化合物 （主要是釩、鉬、鉻的碳化物）再次析出，參與第二次焊接冶金過(guò)程， 造成晶界的弱化和脆化，當(dāng)境界的塑性應(yīng)變能力不足以承受焊接產(chǎn)生 的收縮應(yīng)變時(shí)，就產(chǎn)生了再熱裂紋。

焊接時(shí)熔池金屬在凝固過(guò)程中，有大量的砌體要從金屬中逸出來(lái)，當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí)，就形成氣孔。 

產(chǎn)生氣孔的主要原因：母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊絲焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量，因?yàn)殇P、油污、焊藥皮、焊劑中的水分在 高溫下分解為氣體，增加了高溫金屬中的氣體含量。焊接能量過(guò)小， 熔池冷卻速度過(guò)快，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足，焊芯銹蝕 或藥皮變質(zhì)、剝落等因素也會(huì)增加氧氣孔。此外，埋弧自動(dòng)焊電壓過(guò) 高，接頭未清理干凈，焊劑中混有垃圾，焊劑覆蓋厚度不當(dāng)或焊劑斗 阻塞，焊絲表面清理不夠等，焊接過(guò)程中都易產(chǎn)生氣孔。 

氣孔的危害：氣孔減少了焊縫的有效面積，使焊縫疏松，從而降 低了焊縫強(qiáng)度，降低塑性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)力 集中的因素，應(yīng)力集中易產(chǎn)生斷裂。氫氣孔還可能促成冷裂紋的出現(xiàn)。

焊材與母材匹配不當(dāng)，或焊接過(guò)程中某些元素?zé)龘p等原因，容易 使焊縫金屬化學(xué)成分發(fā)生變化，造成焊縫金屬組織不符合要求。影響 力學(xué)性能下降，還會(huì)影響焊縫耐腐蝕性能！

焊接過(guò)程對(duì)焊件進(jìn)行局部加熱，不均勻加熱是工件產(chǎn)生不均勻變 形的原因。焊縫和焊縫附近的金屬發(fā)生收縮。收縮發(fā)生在兩個(gè)方向：沿著長(zhǎng)度方向的縱向收縮和垂直于焊縫的橫向收縮。 

偏析產(chǎn)生的原因是，熔池中的焊縫金屬在凝固過(guò)程中，液相、固 相兩相在變化著的。先結(jié)晶的固相比較純，后結(jié)晶的固相富集雜質(zhì)， 由于焊接過(guò)程冷卻較快，結(jié)晶先后所產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻，從而形 成了偏析。

a.坡口尺寸不合理； 

b.坡口有油污； 

c.多層焊接時(shí)，層間清渣不徹底； 

d.焊接線能量小； 

e.焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過(guò)快； 

f.焊條耀皮、焊劑化學(xué)成分不合理，熔點(diǎn)過(guò)高； 

g.多層分道焊接時(shí)，焊絲位置不當(dāng)。

a.焊接電流小，熔深淺； 

b.坡口和間隙不合理，鈍邊太大； 

c.磁偏吹影響； 

d.焊條扁芯度太大； 

e.層間及焊根清理不良； 

f.焊絲未對(duì)準(zhǔn)； 

a.焊接電流過(guò)小； 

b.焊接速度過(guò)快； 

c.焊條角度不正確； 

d．產(chǎn)生弧偏吹現(xiàn)象； 

e.焊接處下坡焊位置，母材未融化時(shí)已被鐵水覆蓋； 

f.母材表面有油污或氧化物影響熔敷金屬與母材之間的融化結(jié)合；

g.焊縫拒不彎曲過(guò)大。

產(chǎn)生咬邊的主要原因是電弧熱量太高，即電流太大，焊絲速度太 小造成的。坡口不合理或裝配間隙不均勻，焊絲與工件角度不正，擺 動(dòng)不合理，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊接次序不合理，焊接參數(shù)不當(dāng)?shù)榷紩?huì)造成咬邊。

a.控制焊縫中硫鱗碳等有害元素。這些有害元素主要來(lái)源母材和 焊接材料。母材中的有害元素要低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，焊絲、焊條藥皮、焊 劑中的有害元素低于同牌號(hào)的母材。

b.對(duì)熔池進(jìn)行變質(zhì)處理。通過(guò)變質(zhì)處理細(xì)化晶粒，不僅可以提高 焊縫金屬的力學(xué)性能，還可以提高抗結(jié)晶裂紋能力。 

c.調(diào)整熔渣的堿度。焊接熔渣的堿度越高，熔池中的脫硫脫氧越 完全。雜質(zhì)越少，越不易形成低熔點(diǎn)化合物，并可以顯著降低焊縫金 屬的裂紋傾向。因此在焊接較重要的產(chǎn)品應(yīng)選用堿性焊條和焊劑。 

d.防止結(jié)晶裂紋的工藝措施 

在產(chǎn)品一定的條件下，調(diào)整工藝措施可以有效防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。

第一調(diào)整焊接參數(shù)，得到抗裂能力較強(qiáng)的焊縫形成系數(shù)。焊縫形 成系數(shù)隨著電壓升高而增加，隨著電流增加而減小。當(dāng)線能量不變時(shí) 焊接速度越大裂紋傾向就越大。

第二調(diào)整冷卻速度，冷卻速度越高變形率越大，結(jié)晶裂紋傾向就 越大。冷卻速度可以通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)、預(yù)熱以及施焊的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常用增加線能量來(lái)降低冷卻速度的效果是有限的，采用預(yù)熱效 果明顯，但是預(yù)熱成本高，勞動(dòng)條件差，只有焊接結(jié)晶裂紋非常敏感 的材料時(shí)，才用預(yù)熱法。利用焊接產(chǎn)生的余熱可以降低冷卻速度，多 道焊接時(shí)，道與道之間不停頓連續(xù)施焊可以降低冷卻速度。焊接后及 時(shí)覆蓋也可以有效降低冷卻速度。 

第三調(diào)整焊接順序，降低約束力。在產(chǎn)品尺寸一定時(shí)，合理安排 焊接順序，對(duì)降低接頭剛度、減小變形有明顯效果，從而可以有效地 防止結(jié)晶裂紋。

a.選用優(yōu)質(zhì)低氫焊接材料和低氫焊接工藝； 

b 控制氫的來(lái)源，烘干焊條、焊劑，注意環(huán)境濕度，仔細(xì)清理坡 口附近的油污、鐵銹； 

c.適當(dāng)加入某些合金元素，提高焊縫金屬韌性，也可防止冷裂縫 產(chǎn)生；

d.工藝措施，正確的施工程序、焊縫位置和施焊順序，選擇焊接線能量，預(yù)熱溫度，焊后熱處理；

a.選用在熱裂紋敏感小的母材；比如鉻鉬鋼，鉻含量大于1.5%的 比小于1%的好。 

b．避免采用應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，力求避免產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺陷（夾渣、為焊透等）； 

c.應(yīng)選擇高溫強(qiáng)度低于母材的焊縫； 

d.提高預(yù)熱溫度，焊后采用緩冷措施，均可減少再熱裂紋的發(fā)生。 

e.用低強(qiáng)高速的焊縫蓋面，或焊完后用鎢極氬弧焊將表面重熔一次，也可以減緩殘余應(yīng)力，有利于減少再熱裂紋

a.合理選配焊接材料； 

b.合理選用焊絲，焊絲質(zhì)量要達(dá)標(biāo)； 

c.適當(dāng)降低焊速、焊前預(yù)熱，焊后緩冷； 

d.雙面焊接時(shí)，焊前適當(dāng)預(yù)熱或減小電流，降低焊速； 

e.改進(jìn)坡口； 

f.調(diào)整焊接參數(shù)或改變極性（直流）； 

g.合理安排焊接順序； 

a.清除焊絲坡口及其附近的油污、鐵銹、水分和雜物； 

b.焊劑按規(guī)定烘干； 

c.焊前預(yù)熱減緩冷卻速度； 

d.用偏強(qiáng)的線能量施焊； 

e.焊劑必須過(guò)篩、吹灰、烘干； 

f.調(diào)節(jié)覆蓋層厚度疏通焊劑

a.調(diào)整焊接工藝，當(dāng)功率不變時(shí)，增加焊接速度可以使焊縫晶粒細(xì)化。為了減少熔池金屬過(guò)熱，在埋弧焊時(shí)可以向焊縫金屬中附加冷 焊絲，或在坡口預(yù)置碎焊絲。 

b.焊后熱處理，可以起到改善組織性能、消除殘余應(yīng)力、排除擴(kuò) 散氫的作用。 

c.由于化學(xué)成分引起的焊縫性能不符合要求，應(yīng)采用在焊劑中添 加易燒毀的有用元素加以補(bǔ)償。 

1 設(shè)計(jì)措施

a.合理設(shè)計(jì)焊縫尺寸和形狀，焊縫尺寸大焊接變形大； 

c.盡可能減少不必要的焊縫； 

c.合理設(shè)置焊縫位置，盡可能對(duì)稱與截面中性軸，或使焊縫接近 中性軸，這對(duì)減少梁、柱構(gòu)件撓曲變形有良好效果； 

2 工藝措施

a.采用反變形法，事先估計(jì)好變形的大小和方向，在裝配時(shí)給予 一個(gè)相反的變形與焊接變形相抵消，焊接后保持設(shè)計(jì)要求。 

b.剛性固定法，將構(gòu)件加以固定，限制焊接變形。這種做法可以 減少焊接變形。 

c.合理選用焊接方法，用能量較低的焊接方法可以有效防止焊接變形。

d.合理的裝配順序可以有效減少焊接變形

a.焊接前應(yīng)對(duì)焊件認(rèn)真清理，多層焊接時(shí)應(yīng)對(duì)前一層熔渣清除干凈。

b.防止未焊透、未熔合的措施 

c.調(diào)整焊接參數(shù)。 

d.修正坡口尺寸。 

e.焊絲送進(jìn)速度與所選焊接參數(shù)相協(xié)調(diào)。 

f.進(jìn)行操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取措施補(bǔ)救。

a.減少焊縫中的有害雜質(zhì)（S、P、C）； 

b.控制和調(diào)整焊接速度； 

c. b.控制和調(diào)整焊縫冷卻速度。