鋼材焊接裂紋成因與防治措施

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隨著機(jī)械加工工藝的不斷發(fā)展，焊接也逐漸趨向智能化。許多大型企業(yè)都在積極研究如何采用智能化機(jī)械臂的方式對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行焊接，但是由于機(jī)械臂在焊接的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)裂紋等問題，沒有在實(shí)際中大規(guī)模運(yùn)用。人工在焊接過程中，可以根據(jù)環(huán)境變化時(shí)刻調(diào)整焊接的溫度和焊條的進(jìn)入角度來盡量避免裂紋的出現(xiàn)，所以從實(shí)際工程操作技術(shù)來說，純自動(dòng)化的機(jī)械焊接還有待進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

一、焊接裂紋的分類

焊接裂紋其實(shí)是一個(gè)模糊的統(tǒng)稱，焊接裂紋根據(jù)形成原理的不同可以分為以下四種類型，應(yīng)力焊接裂紋、結(jié)晶焊接裂紋、焊條分布不均焊接裂紋和整再熱焊接裂紋。這四種焊接裂紋的修復(fù)方案也有很大的差異，且這些裂紋的危害也是不同的，再熱焊接裂紋的危害最大，結(jié)晶焊接裂紋次之，焊條焊接裂紋和應(yīng)力焊接裂紋的危害程度大致相當(dāng)。

二、裂紋的危害

焊接中和焊接后都有可能產(chǎn)生裂紋，焊接中如果產(chǎn)生裂紋還可以及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，但是如果焊接后產(chǎn)生裂紋就比較麻煩了，有的需要將焊渣完全融化重新焊接，有的整個(gè)工件就直接報(bào)廢了。焊接裂紋根據(jù)類型的不同造成的危害也是不同的，總體來說，焊接裂紋產(chǎn)生的危害大致可以分為以下幾種：

(1)降低整體材料的強(qiáng)度和剛度，應(yīng)力焊接裂紋和結(jié)晶焊接裂紋容易發(fā)生在鋼板上，如果鋼板是主要的支撐件，由于晶體脆性很高，且在過熱或者過冷的環(huán)境中容易造成崩裂，所以這些裂紋在一定程度上將會(huì)大大減少鋼板的強(qiáng)度，嚴(yán)重降低鋼板的承載能力，如果鋼板發(fā)生二次斷裂，這個(gè)斷裂缺口一定是在焊接處，所以我們?cè)诤附愉摪暹@類材料的時(shí)候盡量避免惡劣環(huán)境，以免焊接出現(xiàn)晶體焊接裂紋。

(2)應(yīng)力集中在機(jī)械加工過程中是很可怕的一件事情，通常情況下，當(dāng)對(duì)長(zhǎng)期工作在熱環(huán)境中的工件進(jìn)行焊接之前，應(yīng)該將該工件放置在外界環(huán)境中釋放內(nèi)部含有的應(yīng)力，如果這些應(yīng)力存在工件中，經(jīng)過焊接之后，工件很容易產(chǎn)生變形，另外工件內(nèi)部不穩(wěn)定的珠光體也容易改變自己的形態(tài)，降低材料的屈服應(yīng)力極限，在工作過程中容易發(fā)生事故。

(3)當(dāng)對(duì)罐型物體進(jìn)行焊接時(shí)，由于焊接表面是扇形，焊接線是弧形線，所以在焊接時(shí)焊條很容易填充不均勻，且焊接線的不同點(diǎn)的受熱溫度也會(huì)有很大差異，容易導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。如果罐內(nèi)裝的是壓縮過的氣體，氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)很容易將焊接線崩開，造成氣體的泄露，如果是危險(xiǎn)性氣體，就會(huì)形成安全事故，這是機(jī)械焊接工程中最危險(xiǎn)的一類事故。

三、常見焊接裂紋的原因分析

(一)結(jié)晶裂紋。焊接過程中出現(xiàn)結(jié)晶的一個(gè)原因是進(jìn)行焊接的兩個(gè)工件材料的熔點(diǎn)相差太多造成的，如果兩種工件的熔點(diǎn)相差太大，當(dāng)電弧產(chǎn)生高溫時(shí)，其中一個(gè)工件先熔化，而另一個(gè)工件還沒有熔化，這就會(huì)造成焊縫材料的不均勻，兩者的原子核妃子并不能夠進(jìn)行緊密結(jié)合，出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)晶現(xiàn)象。另一個(gè)原因是進(jìn)行焊接的兩個(gè)工件的金屬純度不同，純度不同就會(huì)導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)小型的薄膜和氣泡，這些氣泡能夠?qū)⒔饘僖后w隔開，形成結(jié)晶。當(dāng)外界壓力發(fā)生變化，氣泡破裂就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

(二)應(yīng)力裂紋。應(yīng)力裂紋從字面意思我們就可以知道是由于工件內(nèi)部有應(yīng)力存在，導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生裂紋，由于焊接過程中會(huì)產(chǎn)生高溫，工件內(nèi)部的組織會(huì)變得更加活躍，工件內(nèi)部存在的應(yīng)力就會(huì)進(jìn)行釋放，一旦應(yīng)力存在焊接處，不但會(huì)使焊接變得困難，而且還會(huì)使焊接表面形成應(yīng)力裂紋。另外，焊接處的金屬組織由穩(wěn)定的奧氏體改變?yōu)椴环€(wěn)定的珠光體，焊接完成后，裂紋還會(huì)隨著應(yīng)力的釋放不斷擴(kuò)大，最終完全工件完全解體。應(yīng)力裂紋是這四類裂紋中最難解決的一類裂紋。

(三)焊條分布不均裂紋。如果焊條的質(zhì)量不高，或者焊接的操作人員的技術(shù)不過關(guān)就會(huì)導(dǎo)致焊條分布不均裂紋的出現(xiàn)。這種裂紋是由于在焊接過程中，焊條移動(dòng)速度過快，或者焊條和工件頻繁分離接觸導(dǎo)致焊條沒有均勻熔化填充進(jìn)入焊縫中。另外如果在焊接之前，兩個(gè)工件的接觸面存在雜質(zhì)也會(huì)造成這一現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種裂縫的工件時(shí)嚴(yán)禁用在支撐件中的，所以我們要盡量避免焊條分布不均勻造成的斷裂情況。

(四)再熱裂紋。再熱焊接裂紋是由于焊接完成之后，由于金屬內(nèi)部組織活動(dòng)劇烈造成的。再熱裂紋是目前最難處理的裂紋，因?yàn)橄嚓P(guān)方面的專家對(duì)該類裂紋產(chǎn)生的原因并沒有完全弄清楚，只是做出了假設(shè)：再熱裂紋可能是金屬晶體內(nèi)部二次硬化，金屬分子產(chǎn)生蠕變，晶界發(fā)生破裂造成的。所以在焊接時(shí)，操作人員要盡量在通風(fēng)的環(huán)境中進(jìn)行焊接，減少再熱裂紋出現(xiàn)的幾率。

四、焊接裂縫的防治措施

(一)防止結(jié)晶裂紋的措施。防止結(jié)晶焊接裂紋出現(xiàn)的主要措施有兩種，一種焊接時(shí)候盡量采用同種材料進(jìn)行焊接，如果必須要采用不同種材料，焊接之前應(yīng)該先將熔點(diǎn)高的材料進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱之后材料原子活性增強(qiáng)，焊接時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)裂紋。另一種措施就是，焊接之前對(duì)材料先進(jìn)行熱處理，通過熱處理將影響材料穩(wěn)定性的硫、磷等非金屬元素剔除出去，熱處理還能夠使鋼鐵材料的晶體類型發(fā)生變化，形成穩(wěn)定的奧氏體組織。這兩種措施可以有效的控制結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)，讓鋼鐵材料的焊接表面趨于平穩(wěn)、光滑。

(二)防止應(yīng)力等焊接裂紋的措施。應(yīng)力焊接裂紋是鋼鐵材料在焊接過程中危害的最為嚴(yán)重的。想要避免應(yīng)力焊接裂紋就應(yīng)該在焊接之前，把需要焊接的材料放置在寒冷的環(huán)境中，讓應(yīng)力慢慢消退，還可以采用捶打等方式將鋼鐵材料中的應(yīng)力逼出，同時(shí)在焊接的時(shí)候，要盡可能的保證焊接周圍環(huán)境溫度的恒定，應(yīng)力裂紋就會(huì)自然消除。

五、結(jié)論

焊接裂紋不僅會(huì)影響焊接的致密度，同時(shí)也會(huì)降低鋼鐵材料的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)致鋼鐵材料無法承受壓力，在受到壓力變形時(shí)，難以恢復(fù)之前的狀態(tài)，所以我們?cè)诤附舆^程中，要謹(jǐn)慎小心，對(duì)需要焊接的材料進(jìn)行預(yù)處理。此外，我們企業(yè)也應(yīng)該對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，檢核，如果員工的焊接技術(shù)達(dá)不到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以安排經(jīng)驗(yàn)豐富的老員工對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)，只有這樣，才能完全避免鋼材焊接裂縫，為機(jī)械焊接的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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