焊接技术的发展趋势及焊接裂纹的预防措施

生产工 艺现代化 、 自动化和短流程成 为主要特征 。 由于 广泛采用 数控 热切割技术 ， 使 划线 下料实现了 自动化管理 ， 保证 了零件 的几何形状 、 尺寸正确 ． 边缘 光滑 ． 大大减少 因人 工切 削或 乙炔气 軎 ｊ 加 工下料边 缘精 度粗 糙对 焊接 焊缝带来 的隐 患缺 陷。热切割工 艺与新 设备
４ ５ ％左 右 。
２ ） 焊接结构 向大型化和高参 数方 向发展 。巨型远 洋油轮 的建造 ， 窖积 为 ２ ． ０ Ｏ ０ ０ １ Ｕ ３ 的 大型球罐 ； 容积为 ２ ｏ ｏ ０ ｏ ０ Ｍ 的立式贮罐 ； 工作 压力为 ３ ２ ． ４ Ｍ ｐ ａ 、 温度为 ６ ５ ０ ℃的 １ ． ２ Ｇ ＂ Ｗ 电 站锅炉 ； 工作在热疲劳条件下 、 容积 为 ５ ０ ８ ０ ｍ ｓ 高炉以及 我国 自行设计 的加氢 反应器等 等。
至３ Ｄ 年代普 遍地应用 焊接 结构 。随着大量焊 接结 构的发展 ， 曾发生过一些 重大的质量事 故 。例如 ： 国外全焊钢桥产 生的断裂及 二战期 闻鄹外 紧急建造的 Ｅ 货 轮的裂断 等等 ， 充
分说 明焊 接裂 纹存 在于整个 焊接生产 工艺 中， 随着 冶金 工业 的不断发展 ， 新 工艺 、 新材料 、 新技术也不断涌现 ． 焊接技术 和焊接理论也 随之得到发展 。 １ ． １ 焊接结构 获得 进一 步推 广应 用 １ ） 焊接结构 与其它制造金属结构的工艺如造锻 、 铸造 、 型锻 、 铆接相 比 ． 唯有焊 接结构 的 占有率是 上 升 的。有 关 资 料表 明 ． 在工 业 发 达 的 国家 中 ． 一 般焊 接 结 构 占钢 产 量 的
较。
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表 １ 先进 国家焊接机械化 、 自动化 比例
国 别 原 苏 联 ４ ０ ％ 美 国 日 本 德 国 中 国 ２ ５ ％
百 分 比
５ ５ ％
４ ５ ％
６ ４ ％
高效 、 优质 的机械化 、 自动化的实现 ， 是靠相应 的 自动化设备 以及焊接 材料来支持 的 ， 尤其是焊接 成套设备 ， 可实现 自动跟踪焊缝 、 自动检测 、 自动调整等功 能 ， 这是得 到优质产 品的重 要保 证条 件。 ３ ） 焊接生产 中的下料工艺有 了重大 进步 。 由于采用 焊接 生 产 中的成 熟 技术 ， 使 整个
３ 焊接 裂纹 及 预 防措 施
焊 接构 件 由于焊 接残余应 力 、 焊接工艺及生产管理等 因素的影响 ， 会引发诸 多的焊接
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缺陷， 如气孔 、 未焊透 、 夹渣 、 咬边 、 变形 、 焊接 裂纹 等 ， 其 中焊 接裂 纹是 焊缝 中最危 险 的缺 陷 。历史上大部分焊接结构被破坏 的主要原 因 ． 是 由焊接裂 纹所 造成 的 ， 所 以， 裂纹 在焊
２ ） 正确选择热焊接的工艺规范 ； ３ ） 严格遵守焊接顺序 ； ４ ） 结构设计尽可能的台理 ． 避免焊缝过 于集 中； ５ ） 当气温在 Ｏ ＊ Ｃ以下 时 ， 根据 不 同的钢 种分别进 行 处理 。例 如 ： 不 需要 预热 ． 可 以一 定温 度的预热 ． 停止焊接 ． 改善工作环境温度等 ； ６ ） 焊条按规范要求烘 干 ． 应注意用强度较低 的焊条焊接 ． 以减少应力集 中带来的裂 纹 倾向；
３ ） 焊接结构材料从普通热轧钢转向合金结构钢 制造海 洋基础平台上 的导管所 采用
Ａ ５ ３ ７钢 ； 高强度和超高强度钢也开始广泛应用 于焊接结构 。例如 ： 低合金 回火 马 氏体 钢 ， 含Ｈ ｙ 一１ ３ ０一Ｈ ｙ一１ ８ ０ ， 制造 固体燃料火箭发 动机壳 体 的 ４ ３ ４ ０钢 ． 其 抗 拉 强 度 可 达 １ ７ ５Ｍ ６ ｐ ａ ； １ ８ Ｎ ａ ｉ 钢焊后经时效处理可获得 １ ３ ７ ３ —２ ０ ５ ９ Ｍｐ ａ 的高 强度 ， 并 且有 较高的抗脆 断 及应力腐蚀 的能力 ， 正被用来 制造航空航天 器的关键 零件 以及 冷冻机 、 船舶壳体构件 等。 ４ ） 焊接结构的设计构件依据 工作 条件 和要求分别按 照有关 规范 、 标 准进 行 ， 通过计算 机进行优化设计 ： 使结 构更加趋 于合理 、 经济。 １ ． ２ 焊接生产的发展主要趋势 １ ） 人们 常见 的 ， 如先进脯 质量焊接和廉价的气 体保护焊等获得 了广 泛应 用 。 ２ ） 包 括先 进的焊接 工艺在 内的焊接机 械化和 自动化 得到 了推 广 。 目前 ， 就 我 国 同发 达国家相比 ， 还有不小的差距 ， 表 １ 显示 了我 国与发达 国家 焊接 自动 化 、 机 械化 的水 平 比
部 因素构成焊后裂纹外 ， 还必须明确 以下几点 ： １ ） 焊接结构设 计不合理 ， 使焊缝过 于集 中 ； ２ ） 焊接结构的剐度过强 ， 造成焊接 时的收缩应 力超 过焊缝 金属 的强度极限 ； ３ ） 焊接顺序不科学 ． 形成较强 的收缩应力 ； ４ ） 焊接热规范选择不当或焊接线能量控制不确 当； ５ ） 焊前材料 （ 某些 ） 预热或焊后缓冷选择不当 ； ６ ） 尚未采取预热措施或低温状态下焊接某 些台金钢 ； ７ ） 厚、 薄板 料搭焊坡 口选择不 正确 ； ８ ） 焊条 尚未烘干 ， 含氢成份 多 ， 强度过高 ， 塑性 不够 良好 。 ３ ． ２ 尽 力舫止焊接裂纹发生的办法 焊接结构要 比铆接结构刚性大 。 焊接为 剐性 连接 ． 连接 构件 不能产 生相 对位 移 ， 焊接 中往往会忽 略这一 因素而产生较大 的附加应力 ， 特别 在温度降低 而材料的塑性变坏 时 ， 这 些 附加应力常常会造成结构的 内在脆性裂纹 。防止焊接裂纹 的办法 主要有 ： １ ） 选择正确的焊接材料 ． 尤其要控制钢材 的杂质成分 ；
的大量涌现， 机械的、 计算机式的机器人 的产生代替手工的 ， 新的热切軎 ｊ 工艺诸如离子切
割、 激光切割等获得 了成功 的应用 。 ４ ） 加强 了基本金属如铜材 、 铝 台金 的表面 处理 和边缘 处理 以及保 证热 切 割 的连 续焊 接、 装配质量 ， 对构件最终 表面涂覆质量 十分有益 。
缝 中是不允许存在 的一种致命 的缺 陷 。 焊缝裂纹 的种类 比较多 。由于焊缝形成 的部位 不 同， 反映到焊接裂纹 的形 态各异 ， 如 纵 向裂纹 、 横向裂纹 、 内裂纹 、 外裂纹 、 折部裂 纹 、 弧坑 裂纹 以及 热影 响区裂纹 等 。通常 按 裂纹产 生的温度 和时问的不 同 ． 总体上分为 热裂纹 和冷裂纹两大类 。 通常情况下 ， 焊 接裂纹 与焊件的化 学成分 以及 它们 的可焊 性有关 。正如 我们 所熟悉 的， 焊接件含碳 量或碳当量较 高的焊件以及 含硫 、 磷、 氧、 硼量 很高 的焊接材 料 ， 如 不采取 特殊有效 的工 艺措施 ， 极易产生焊后裂纹 。 ３ ． １ 极易产 生焊后裂纹的原 因 影响金属或结构发生裂纹或延性断裂有两科 因素 ： 内因和外 因 。材料的本质 、 缺 口韧 性、 缺陷视 为 内部因素 ； 应力状态 、 温度 和加 载速度 视为外 部 因素。除 上述材 料 内部 和外
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１ 焊接 技 术 与生产 发 展 趋势 ．
随着科学技术 的不 断发展 ， 焊接技术 已形成为 一 门独立 的学科 。应 用 焊接工 艺来 满 足设 计 的要求 ， 达到构件强度 的要求 ， 已广泛地 应用于 电子 、 航空 、 航天 、 航海 、 农机 、 化工 、 交通 、 能 源等 国民经济 的几乎 一切 部门。 从本世 纪 ∞ 年代开 始 ， 越来越广泛地采用焊接技术 ． 即由第一艘全 焊远 洋船 的建造 ．
２ 焊接 结构 的特点
焊接结构有其 明显的优点和不足之处 ． 主要 表现如下 ： ２ ， １ 焊接结构的优点 １ ） 采用 焊接结构 可以减轻结 构件 的重 量 ， 提 高产 品的质 量 ， 节 省金 属 材料 和经 营投
资， 可获 得较大 的经济 效益 。 ２ 焊接结构 由于采用焊接连接 ， 从理论上讲 其 连接厚 度完 全可 以根据设 计 思想 的需 要得 以满足 ． 这就 为制造太厚度 、 巨型结构创造 了可靠 的条 件。焊接可使结 构得 到很好 的 气密性和水密性 ， 这是贮罐 、 压力器具 、 船壳 、 弹体 等结 构必 备的性能指标 。 ３ ） 焊接结构 的制作 ， 可节省大量 的制造工 时和场地 占用 时间 。 ４ ） 焊接结构具 有过载能力 、 承受 冲击载荷能力较强 的特 点。 ２ ． ２ 焊接结构易产生的不足 １ ） 无论采用 何种方法 进行金属 焊接 ． 结构 中总是存在焊 接残余应 力或 变形 ， 只不 过应 用焊接规范好 ， 带来 的变形小丽 已。某些特殊情况下 ， 焊接结构产生 变形 、 尺 寸变化后 ， 会 出现结构 的承载能力下降 ， 如 刚度 、 强度及稳定性差 的情形 。 ２ ） 局部 改变 材料 的性 能 ， 使结构的机构性 能不 均匀 ， 如果发 生漏 测 、 漏检 或 处理 不妥 当， 则 可能带来较 为严重 的后果 。焊后热处理 ， 消除焊接应力 ， 是 非常重 要的工 艺环 节。 ３ ） 焊接 构件 易产生裂纹 。焊接裂纹是焊接结构 的最 大隐患 ， 它对 焊接结构 的脆 断 、 疲 劳应力腐蚀 等的破坏特别敏感。 ４ ） 到 目前 为止 ， 经济丽又十分可靠地检测焊接 结构 的手段还很缺 乏。
７ ） 焊后 检测 、 检验 、 管 理及文明生产要到位 ； ８ ） 焊后构件实施局 部 、 整体热处理 ， 以消除焊接 的附加应 力 、 残余应 力 。
参 考 文献 （ 咯 ）
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