什么是焊接裂紋？
焊接裂紋是焊接件中最常見(jiàn)的一種嚴(yán)重缺陷。在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。
它具有尖銳的缺口和大的長(zhǎng)寬比的特征。裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險(xiǎn)的工藝缺陷。
焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過(guò)程中，有的還有一定潛伏期，有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過(guò)程中。
焊接裂紋產(chǎn)生的原因有哪些？
焊縫在焊接當(dāng)中開(kāi)裂有以下原因：應(yīng)力、拘束力、剛性、化學(xué)成分、焊縫預(yù)留的間隙、電流、焊道、母材清潔度等。這些因素都可能是造成焊縫開(kāi)裂。
雖然焊縫開(kāi)裂原因很多，但在不同場(chǎng)合是多種因素造成，也有兩種或三種因素造成的。但不管幾個(gè)因素，其中必有一個(gè)主要因素。也有各種條件都沒(méi)有什么影響，只受一個(gè)因素造成焊縫開(kāi)裂。
因此出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂必須首先正確地分析出開(kāi)裂的主要因素和次要因素，根據(jù)造成開(kāi)裂的主要、次要因素采取相應(yīng)措施進(jìn)行解決。
焊接過(guò)程形成的焊縫是焊條和母材兩者經(jīng)過(guò)電流高溫熔化后形成焊縫，是焊條和母材由固體變成液體，高溫液體是熱脹，冷卻變成固體是收縮。由于熱脹冷縮，自然使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力。有些焊接結(jié)構(gòu)本身就存有拘束力和剛性。
焊接過(guò)程是由固體變成液體，也就是由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)（通常說(shuō)鐵水），再由液態(tài)變成固態(tài)，也就形成焊縫。液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)（也就是鐵水轉(zhuǎn)變成晶粒）。鐵水變成晶粒的過(guò)程就是結(jié)晶過(guò)程。
母材溫度低的位置先開(kāi)始結(jié)晶，逐漸向焊縫中間位置伸展，焊縫中間最后結(jié)晶。由于熱脹冷縮的作用，焊接結(jié)構(gòu)受應(yīng)力或拘束力或剛性的影響，使母材晶粒連接不到一起，輕者在焊縫中間出現(xiàn)小裂紋，重者在焊縫中間出現(xiàn)明顯的裂縫。
即使母材和電焊條的化學(xué)成分都好，受焊接結(jié)構(gòu)的拘束力、剛性和焊接過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力影響，也會(huì)出現(xiàn)裂紋或裂縫。
如果母材和電焊條的化學(xué)成分不好（碳、硫、磷等偏高）；或是焊縫預(yù)留間隙太大，母材在焊縫邊緣雜質(zhì)過(guò)多，或電流過(guò)大，并且焊接速度過(guò)快、過(guò)慢、焊道過(guò)寬等因素會(huì)使焊縫開(kāi)裂情況更要加重。
焊接裂紋的種類及預(yù)防措施
焊接裂紋根據(jù)其部位、尺寸、形成原因和機(jī)理的不同，可以有不同的分類方法。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。
根據(jù)焊接工程現(xiàn)場(chǎng)焊縫開(kāi)裂情況，多數(shù)是因?yàn)閼?yīng)力、拘束力、剛性造成的?？梢哉f(shuō)往往是應(yīng)力、拘束力、剛性為焊縫開(kāi)裂的主要因素。
解決應(yīng)力、拘束力、剛性造成焊縫開(kāi)裂比較有效的辦法是：采取固定焊、分散焊。
所謂固定焊即為先將焊件的全部焊縫，或是重要部位焊縫，先采取小電流、窄焊道、短距離焊，全部固定住。這樣使焊件不易產(chǎn)生較大應(yīng)力。
即便在焊件各處都固定住，但也不可在同一位置順序向前，更不可采取大電流并采用大規(guī)格焊條。應(yīng)換位置焊，不使其局部位置產(chǎn)生過(guò)大熱量。有拘束力和剛性結(jié)構(gòu)可以采取同樣的方法解決。
所謂分散焊，這對(duì)大型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)決不可在同一位置順序焊，應(yīng)當(dāng)調(diào)換位置進(jìn)行焊接。
對(duì)大型結(jié)構(gòu)不僅得先固定焊，再采取分散焊，第一焊道也不可用大電流和大規(guī)格焊條。對(duì)整體大結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)全部焊縫自始至終都得分散焊，不然，雖然焊縫不開(kāi)裂，但殘留應(yīng)力太大。
1 小直徑管對(duì)接水平固定打底層焊接技術(shù)
（1）試件材料：20無(wú)縫鋼管。
（2）試件規(guī)格：60mmx4mm，L =200mm，見(jiàn)圖。
（3）坡口尺寸：60°V形坡口，鈍邊為0.5-1mm。
（4）焊接材料：E4303或E5015焊條，直徑為2.5mm或3.2mm。
（5）焊接要求：?jiǎn)蚊婧鸽p面成形。
（6）試件裝配。
1）修磨鈍邊為1-1.5mm，無(wú)毛刺，錯(cuò)邊量<0. 5mm。
2）試件清理。用角向磨光機(jī)、銼刀、砂布和鋼絲刷等清理坡口正反兩面各20mm范圍內(nèi)的油污、水分、氧化物、毛刺和鐵銹等，直至露出金屬光澤。
3）試件的裝配與定位焊。將清理好的試件，對(duì)齊找正、留有3-4mm間隙，用正式焊接工藝和焊接材料，在試件坡口內(nèi)斜平位置(上爬坡)定位焊一處即可，將定位焊點(diǎn)處理成斜坡?tīng)畈⒂羞m當(dāng)?shù)姆醋冃巍?/span>
組裝后經(jīng)檢查合格后，按焊位和合適的高度將管子固定在操作架上待焊。小徑管子對(duì)接水平固定焊試件如上圖所示。
2 小直徑管對(duì)接水平固定打底層焊接技術(shù)
(1)引弧——連弧焊引弧
用堿性焊條焊接時(shí)，在起弧過(guò)程中，由于熔渣少、電弧中的保護(hù)氣體少等原因，使熔池保護(hù)效果不好，焊縫極容易出現(xiàn)密集氣孔，多為N2氣孔。
為了防止這類現(xiàn)象出現(xiàn)，堿性焊條的引弧多采用劃擦法。在始焊處時(shí)鐘6點(diǎn)位置的前方10mm處引弧后，把電弧拉至始焊處，即時(shí)鐘6點(diǎn)位置進(jìn)行電弧預(yù)熱，當(dāng)發(fā)現(xiàn)坡口根部有“出汗”現(xiàn)象時(shí)，將焊條向坡口間隙內(nèi)頂送，聽(tīng)到“噗噗”聲后，稍停一下，使鈍邊每側(cè)熔化1-2mm并形成第一個(gè)熔孔，這時(shí)引弧工作完成。
堿性焊條需用電流比同直徑的酸性焊條要小10%左右。為此，引弧過(guò)程中要求焊工手穩(wěn)、技術(shù)高，引弧及回弧動(dòng)作要快、準(zhǔn)。
(2)斷弧焊引弧
在時(shí)鐘6-5點(diǎn)位置，即仰焊位置引弧，用長(zhǎng)弧進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)焊條端部出現(xiàn)熔化狀態(tài)時(shí)，用腕力將焊條端部的第一、第二滴熔滴甩掉。
與此同時(shí)，觀察預(yù)熱處有“出汗”現(xiàn)象時(shí)，迅速而準(zhǔn)確地將焊條熔滴送入始焊端間隙，稍做一下左右擺動(dòng)的同時(shí)，焊條向后上方稍微推一下，然后向斜下方帶弧、滅弧，第一個(gè)熔池就這樣形成了，引弧工作結(jié)束。
(3)焊條角度
1）起焊點(diǎn)，即時(shí)鐘5-6點(diǎn)位，焊條與焊接方向管切線的夾角為80-85°。
2）在時(shí)鐘7-8點(diǎn)位置為仰焊爬坡焊，焊條與焊接方向管切線的夾角為100°-105°。
3）在立焊位置，即時(shí)鐘9點(diǎn)鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為90°。
4）在立位爬坡焊位置，即時(shí)鐘10-11點(diǎn)位置施焊過(guò)程中，焊條與焊接方向管切線的夾角為85-90°。
5）在平焊位置，即時(shí)鐘12點(diǎn)位置焊接時(shí)，焊條與焊接方向管切線的夾角為75-80°。
各點(diǎn)位置焊條角度如圖3-6-4及3-6-5所示。前半圈與后半圈相對(duì)應(yīng)的焊接位置，焊條角度相同。
3 小直徑管對(duì)接水平固定蓋面層焊接技術(shù)
1. 清理熔渣仔細(xì)清理打底層焊縫與坡口兩側(cè)母材夾角處的熔渣、焊點(diǎn)與焊點(diǎn)疊加處的熔渣。
2. 運(yùn)條方法在時(shí)鐘5-6點(diǎn)位置，即仰焊位置引弧后，長(zhǎng)弧預(yù)熱仰焊部位，將熔化的第一、第二滴熔滴甩掉，因?yàn)榇藭r(shí)的熔滴溫度低、流動(dòng)性不好。然后以短弧的方式向上送熔滴，采用月牙形運(yùn)條或橫向鋸齒形運(yùn)條法施焊。焊接過(guò)程中始終保持短弧，焊條擺至兩側(cè)時(shí)要稍作停頓，將坡口兩側(cè)邊緣熔化1-2mm，使焊縫金屬與母材圓滑過(guò)渡，防止產(chǎn)生咬邊缺陷。焊接過(guò)程中，熔池始終保持橢圓形狀且大小一致，熔池應(yīng)明亮清晰。前半圈收弧時(shí)，要對(duì)弧坑稍填些熔化金屬，使弧坑成斜坡?tīng)?，為后半圈焊縫收尾創(chuàng)造條件。焊接后半圈之前，應(yīng)把前半圈起頭部位焊縫的焊渣敲掉10-15 mm，焊縫收尾時(shí)注意填滿弧坑。用堿性焊條焊接蓋面層時(shí)，始終用短弧預(yù)熱、焊接，引弧方法采用劃擦法。
3.焊條角度由于根部打底層焊縫已焊完，蓋面層焊縫與根部是否焊透無(wú)關(guān)，主要技術(shù)問(wèn)題是蓋面層焊縫應(yīng)成形良好，余高應(yīng)符合技術(shù)規(guī)定，焊縫與母材圓滑過(guò)渡，無(wú)咬邊。為此，焊條與管子焊接方向切線的夾角應(yīng)比打底層焊接稍大5°左右，如圖3-6-6所示。
1）仰焊位置，即時(shí)鐘6-7點(diǎn)位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為85°-90°。
2）仰位爬坡焊位置，即時(shí)鐘7-8點(diǎn)位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為105°-110°。
3）立焊位置，即時(shí)鐘9點(diǎn)鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為95°。
4）立位爬坡焊位置，即時(shí)鐘10-11點(diǎn)位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為90°-95°。
5）平焊位置，即12點(diǎn)鐘位置，焊條與焊接方向管切線的夾角為75°-80°。
4 步驟及注意事項(xiàng)
1）熟悉圖樣、清理坡口表面和修銼鈍邊。
2）按裝配要求組裝試件，進(jìn)行定位焊，并將試件水平固定在焊接支架距地面800-900mm的高度上待焊。
3）從管子仰焊位處引弧起焊，按逆時(shí)針先焊右半圈，采用斷弧法焊至平焊位。
4）清理焊渣并修磨仰、平焊位接頭，成緩坡?tīng)睢?/span>
5）變換焊接位置，焊接左半圈，在仰焊位緩坡?tīng)钐幤痤^或用電弧切割成緩坡?tīng)钤倨?頭，用與右半圈同樣的操作方法完成打底層的焊接
6）清理焊渣及飛濺物，焊接蓋面層，仍采用兩半圈焊法，施焊時(shí)均采用月牙形或橫向鋸齒形運(yùn)條法焊接，注意收弧時(shí)填滿弧坑。
7）焊接后，清理管件內(nèi)、外焊縫的焊渣和飛濺物，檢查正、反兩面焊縫。