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钢结构焊接变形及裂纹的预防和处理

浏览次数: 日期:2015-05-04

钢结构工件由于存在外形尺寸较大、形状多样、焊缝多、焊接位置不对称等因素,在加工过程中,常出现多种焊接问题,影响产品的质量,如局部变形和产生焊接裂纹等。 焊接中的局部变形产生的原因很多,如加工件的刚性小或不均匀,焊后收缩,变性不一致;或加工件本身焊缝布置不均,导致收缩不均匀,焊缝多的部位收缩大、变形也大。

另外,加工人员操作不当,未对称分层、分段、间断施焊,焊接电流、速度、方向不一致,会造成加工件变形的不一致。焊接时“咬肉”过大,会引起焊接应力集中和过量变形,而焊接放置不平,应力集中释放时也会引起变形。 焊接局部变形的预防措施,在程序控制方面,一是设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置,对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝。二是要制定合理的焊接顺序,以减少变形。如先焊主焊缝后焊次要焊缝,先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝,先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝,先焊对接焊缝后焊角焊缝。对尺寸大焊缝多的工件,采用分段、分层、间断施焊,并控制电流、速度、方向一致。手工焊接较长焊缝时,应采用分段进行间断焊接法,由工件的中间向两头退焊,焊接时人员应对称分散布置,避免由于热量集中引起变形。大型工件如形状不对称,应将小部件组焊矫正完变形后,再进行装配焊接,以减少整体变形。在作业实施中,工件焊接时应经常翻动,使变形互相抵消。对于焊后易产生角变形的零部件,应在焊前进行预变形处理,如钢板v形坡口对接,在焊接前应将接口适当垫高,这样可使焊后变平。另外,还可通过外焊加固件,增大工件的刚性来限制焊接变形,这时,加固件的位置应设在收缩应力的反面。 对已经变形的工件处理办法,如变形不大,可采用火烤矫正。如变形较大,采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。 钢结构焊接常出现的另一质量问题是产生焊接裂纹。分为热裂纹和冷裂纹两类。 热裂纹是指高温下所产生的裂纹,又称高温裂纹或结晶裂纹,通常产生在焊缝内部,有时也可能出现在热影响区,表现形式有:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。

其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析,凝固以后强度也较低。当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开,形成裂纹。此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开。总之,热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因,其预防措施如下: 限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量,特别应控制硫、磷的含量和降低含碳,一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.045%,磷的含量不应大于0.055%;另外钢材含碳量越离,焊接性能越差,一般焊缝中碳的含量控制在0.10%以下时,热裂纹敏感性可大大降低。二是调整焊缝金属的化学成分,改善焊缝组织,细化焊缝品粒,以提高其塑性,减少或分散偏析程度,控制低熔点共品的有害影响。三是采用碱性焊条或焊剂,以降低焊缝中的杂质含摄,改善结晶时的偏析程度。适当提高焊缝的形状系数,采用多层多道焊接方法,避免中心线偏析,也可防止中心线裂纹。另外在操作时采用合理的焊接顺序和方向,采用较小的焊接线能超,整体预热和锤击法,收弧时填满弧坑等工艺措施,也能预防热裂纹的产生。 冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300~200℃以下)产生的裂纹。可以在焊接后立即出现,也可以在焊接以后的较长时间才发生,故也称为延迟裂纹。其形成的基本条件有3个:焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。 冷裂纹的预防措施主要有几方面:一是选择合理的焊接规范和线能,改善焊缝及热影响区组织状态,如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。二是采用碱性焊条或焊剂,以降低焊缝中的扩散氧含量。三是焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300℃~350℃ 保温lh;酸性焊条l00℃~l50℃保温lh;焊剂200℃~250°保温2h),认真清理坡口和焊丝,汰除油污、水分和锈斑等脏物,以减少氢的来源。四是焊后及时进行热处理。一种是进行退火处理,以消除内应力,使淬火组织回火,改善其韧性;二是进行消氢处理,使氢从焊接接头中充分逸出。除此之外,选材上提高钢材质量,减少钢材中的层状夹杂物,工艺上采取可降低焊接应力的各种措施,也都是必要的。

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