焊接工字梁中角缝产生裂纹的原因及解决措施

zj2635

在水利水电建设及起重设备制造等行业的钢结构件中会遇到许多的工字形、丁字形结构件的制作，且随着焊接技术的发展和其应用位置的重要性，对其焊缝质量要求也在逐步提高。某重点工程中钢结构制造对其角焊缝就提出了较高的要求，必须全焊透。焊缝的质量处于极为重要的地位，而裂纹则为致命的缺陷之一。针对此工程闸门的主边梁生产过程中出现裂纹问题的原因进行了分析，提出了实际有效的解决方案和防止措施。

焊接顺序先焊侧为正面，后焊侧为反面。正面用焊条电弧焊封底，埋弧焊采用船形45°位置填充焊满。反面用碳弧气刨清除焊瘤及装配时的点固焊缝，再采用船形45°位置用埋弧焊填满。
; P; }  X. r4 R+ K8 ~7 A" J0 ^( G
" O0 B5 Y+ O  @( e  i4 R在丁字接头、十字接头角缝中应力集中的严重部位是在焊缝根部，即正面封底焊层及反面第1层。

0 M9 q2 m/ b' O; N: x/ e在焊反面1层时，正面焊缝已完全结晶冷却，应力集中已残存根部，反1层和正1层交熔时把正1层应力释放，在冷却结晶时反1层的交熔部位重新获得应力，即整个正面焊缝产生的应力全部施加在准备结晶凝固的新焊缝上，故反1层焊缝金属在冷却结晶过程中受极为严重的拉伸应力，极易被拉裂。正1层焊缝在施焊时，工字梁的约束力还很小，焊缝金属在冷却结晶过程中受力比较小，不易出现裂纹。根据以上分析在反1层焊缝可能出现裂纹。

在反面第1层施焊过程中，前面用埋弧焊，后面敲去渣壳，在焊缝横截面中间出现一条细长的裂纹，纵向9680mm通长存在，从表面裂至焊缝根部，深度达整个反1层焊肉厚度，非常细小，裸眼不仔细看很难发现。如果不清除裂纹而进行施焊第2层，裂纹就继续裂到第2层表面，也就是裂纹从第1层根部会延伸到第2层表面。

此裂纹是前焊后裂，没有延时性，可判断为热裂纹，且此裂纹是焊缝金属在冷却结晶过程中产生，在横截面中心位置沿焊缝通长，沿焊接方向开裂。可认为其是热裂纹中的结晶裂纹。

. k2 N$ v. ?9 N5 i, \解决措施

实际生产中由于：（1）无法控制w（S，P，C）；（2）无法向焊缝中增添能和S形成高熔点化合物的元素Ti，Zr，La等；（3）无法向焊缝中增添一些细化晶粒元素Ti，Mo，V，Nb，La等；（4）无法改变焊接顺序以减小应力，因正面已焊满。惟一可行的是改变影响结晶方向的焊接工艺参数。
' w# N8 T/ v$ f# z$ D  H) R
) f  h1 A. i$ b% |# n& |. z5 {调整参数，改变结晶方向，增加抗裂性调整反面第1层埋弧焊焊接参数。

8 Q, |& B( J$ e1 l* J一、增大焊缝成形系数Ψ。
/ c( q" x9 _' D9 j* O7 s. ^
7 X9 x- P8 z' Q$ h焊缝成形系数Ψ选择不当时会在焊缝内部产生裂纹、气孔、夹渣。焊缝成形系数愈小，焊缝相对愈呈窄而深的形状，这样的焊缝对结晶方向不利，易在焊缝中心位置产生裂纹。为防止裂纹出现，需调整影响Ψ值的焊接参数。

二、增大焊缝熔合比r

+ r  W, x2 P: ]( R1 i. |: N增大焊缝熔合比r可以调整焊缝的化学成分，降低裂纹的敏感性和提高焊缝的力学性能。

三、增加电弧电压U

有效地增加电弧电压，熔宽B将增加，Ψ值增大，并可使焊缝两边母材相对熔化得多一些，使熔合比增加，即可降低焊缝金属填充金属中C等元素的质量分数，减少裂纹产生的内因。
9 Q5 D7 t, |8 U' v" H( D
通过参数的调整，减小焊接电流、降低焊速、提高电弧电压，在保证焊透的情况下解决了裂纹问题。