文分析了機(jī)械構(gòu)件中碳鋼焊接裂紋產(chǎn)生的具體原因，提出了控制焊接裂紋產(chǎn)生的一系列預(yù)防措施，為提高機(jī)械構(gòu)件設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量提供了理論參考。關(guān)鍵詞：焊接裂紋；原因；措施1，引言焊接已成為制造金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的一種基本工藝方法。如船體、鍋爐、高壓容器、車廂、家用電器和建筑構(gòu)件等都是用焊接方法制造的。焊接具有、成本低、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)也存在一些缺陷，如咬邊、氣孔、裂紋等，地控制這些缺陷，將有重要的現(xiàn)實(shí)意義。眾所周知，壓力容器是現(xiàn)代社會(huì)為重要的特種設(shè)備.當(dāng)其發(fā)生斷裂事故時(shí)，特別是在高溫、高的交變熱應(yīng)力及在腐蝕環(huán)境下運(yùn)行的壓力容器，一旦發(fā)生斷裂，就會(huì)給社會(huì)造成重大損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓力容器發(fā)生事故，絕大多數(shù)是出于裂紋而引起的脆性破壞。另外，即使是一般的錒架結(jié)構(gòu)、機(jī)械零部件等，如果有焊接裂紋的存在，其造成的后果是顯而易見的，小到結(jié)構(gòu)，零部件的報(bào)廢，大到產(chǎn)生生命財(cái)產(chǎn)的損失。因此，分析探討在制造過(guò)程中焊接裂紋產(chǎn)生的原因.從根本上提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的性，是一個(gè)重要課題。這里所}t論的焊接裂紋足指熔化電弧焊或等離子弧焊產(chǎn)生的裂紋。當(dāng)焊口沿著接頭點(diǎn)移動(dòng)熱源時(shí)，強(qiáng)烈的電弧熔化填宄金屬和附近的基體金槿并形成熔池，而熔池又被周圍冷態(tài)的基體金屬冷卻至凝固溫度以下并逐漸凝固，因而使接頭附近的墓體金屬連接為一體。在接頭末端，若立即熄弧停止焊接，由于沒(méi)有填充金屬進(jìn)人熔池，焊縫金屬留下的l…坑稱之為弧坑，而那里的焊縫應(yīng)該是完滿的。在局部應(yīng)力超過(guò)材料的限強(qiáng)度時(shí)，基體內(nèi)的裂紋將會(huì)擴(kuò)展。冶金專家將裂紋分為熱裂和冷裂兩種類型。當(dāng)剛凝固的焊縫金屬被加熱到較高溫度時(shí)，熱裂紋就會(huì)以沿品方式擴(kuò)展。冷裂紋在結(jié)晶溫度以下產(chǎn)生。當(dāng)金屬冷卻時(shí)，收縮應(yīng)力增大，冷裂紋以冊(cè)晶和穿晶兩種方式擴(kuò)展。由氨脆引起的基體金屬冷裂紋，稱為延遲裂紋，即使一般不發(fā)生在焊縫，但仍是熔化焊接頭的嚴(yán)重缺陷。弧坑中的收縮應(yīng)力使其產(chǎn)生表面裂紋，一般呈星族狀，稱之為星狀裂紋【l～3】(如圖l所示)。2.1、裂紋形成的特征現(xiàn)場(chǎng)觀察：焊接裂紋主要產(chǎn)生在道焊縫結(jié)晶舡合處垂直于焊縫魚鱗波紋，既有中間裂紋，又有終端裂紋。呈不明顯的鋸齒形，是由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時(shí)高溫結(jié)晶形成的。屬于一種結(jié)晶裂紋，其表面有發(fā)藍(lán)、發(fā)黑氧化色彩，開裂時(shí)無(wú)金屬拉裂的聲響，叉屬于一種熱裂紋。2.2、g『起裂紋產(chǎn)生的因素(1)工件材質(zhì)的影響上件材質(zhì)的化學(xué)成分不穩(wěn)定.含碳鼉的提圖1星狀裂紋高及磷、硫等雜質(zhì)的增加，是焊縫裂紋產(chǎn)生的因素之一；另外，用碳弧氣刨倒坡口，使焊區(qū)局部增碳嚴(yán)重，焊縫局部形成珠光體乃至滲碳體組織，脆性大，在冷卻結(jié)晶過(guò)程巾易產(chǎn)生裂紋[4】。隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，壓力容器也相應(yīng)地朝大型、高壓及厚壁方向發(fā)展，因此低合金結(jié)構(gòu)鋼，合金鋼以及高強(qiáng)銅均廣泛應(yīng)用。這砦合金鋼材雖然強(qiáng)度較高，但韌性較低，有的還具有低溫冷脆性，此外，材質(zhì)的合金元素含量越高，其淬硬傾向就越大，因此，這些鋼材比低碳鋼容易發(fā)生裂紋。在焊接影響區(qū)中，如果鋼材母材有折疊、重皮、分層等缺陷，也可以構(gòu)成裂紋源而擴(kuò)展成為裂紋。如吉林某化肥廠一臺(tái)蘇制水洗塔，運(yùn)行5年后發(fā)生爆炸，整個(gè)塔碎成百余塊，其中一塊重1t飛出百余米，造成死亡十余人的重大事故，事后檢杏塔壁碎片，發(fā)現(xiàn)許多焊接裂紋，經(jīng)鑒定認(rèn)為，事故主要是由于制造產(chǎn)生的焊接裂紋再加卜所用材料在冬季低溫時(shí)韌性較差而造成脆性破壞。(2)焊接規(guī)范的影響焊接電流過(guò)火，溫升快，溫度高.焊縫區(qū)與周同金屬溫差火，因冷卻，產(chǎn)生熱應(yīng)山而造成裂紋?，F(xiàn)代壓力容器絕大多數(shù)是采用焊接結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)樗哂羞B接、重量輕、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造省時(shí)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)焊接結(jié)構(gòu)本身缺陷也帶入容器，在焊接壓力容器制造過(guò)程中，焊接接頭往往存在著一些焊接缺陷，如裂紋，未熔臺(tái)，來(lái)焊透、咬迎、氣孔和夾渣等.這些缺陷的存在使焊縫實(shí)際承載截面大為削弱，而且會(huì)在缺陷的周圍產(chǎn)半較大的拘束麻力和殘余應(yīng)力，增加新的應(yīng)力集中在這些缺陷征交形成的幾何條件下，應(yīng)力的均勻分布越不利，應(yīng)力集中就越嚴(yán)重導(dǎo)致缺陷處的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增加，使缺陷處易擇先開裂而成為裂源[5]。如1987年毫卅l市某化肥廠l輛液氨汽車罐車在行駛途中，液氨罐先由尾部開裂泄漏，隨即發(fā)生爆炸，造成多人傷亡。事后檢查發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)體上的縱焊縫及巾部環(huán)焊縫為未開坡口雙面對(duì)接焊，封頭與簡(jiǎn)體相聯(lián)的環(huán)焊縫為未開坡口的單面手工焊.存在著嚴(yán)重的對(duì)接錯(cuò)邊，所有焊縫均存在嚴(yán)重未焊透、未熔臺(tái)、氣孔、夾渣等缺陷，焊縫外觀質(zhì)量也很差，存在角變形、錯(cuò)邊，咬邊等超標(biāo)缺陷。分析其檢驗(yàn)結(jié)果，裂紋源產(chǎn)生的原因豐要是由原始焊接缺陷(未熔合)引起，目+焊接接劃夏存在粗大的魏氏組織，使焊接接頭的強(qiáng)度、韌性指標(biāo)嚴(yán)重降低。主裂紋源位于罐體底部，在容器長(zhǎng)期使州中，其裂紋存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，使裂紋擴(kuò)展。加上在長(zhǎng)期使用中.沒(méi)有執(zhí)行壓力容囂定期檢臉制度，致使制造中存在焊接缺陷，在交變載荷作用下產(chǎn)生高應(yīng)變擴(kuò)展，終達(dá)到臨界值而導(dǎo)致脆性斷裂。(3)工件結(jié)構(gòu)的影響在焊接過(guò)程中，由于焊縫醫(yī)必然產(chǎn)生焊接變形，而工件剛性大，不易隨之變形.因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起焊縫裂紋。壓力容器由于焊接結(jié)構(gòu)不合理而引起裂紋并導(dǎo)致爆炸事故也是常見的，它的主要特點(diǎn)是錯(cuò)邊和角變形。這種缺陷會(huì)使容器在接縫處因結(jié)構(gòu)不連續(xù)而產(chǎn)生應(yīng)力集中，甚至在焊縫邊緣產(chǎn)生裂紋。再加上其它一些不安壘因素很容易造成事故。如同本千葉煉油廠的一個(gè)1000m3球形貯罐發(fā)生脆性破裂，主要是這種原因引起的，這個(gè)球罐在現(xiàn)場(chǎng)裝配焊接時(shí)，把頂板上一塊月牙板裝在底板上，因兩種板相差20mm寬，焊縫對(duì)不上，I。是嵌進(jìn)一塊金屬板再進(jìn)行焊接，焊縫兩側(cè)錯(cuò)邊約3mm，角變形6—70；結(jié)果就在試壓時(shí)，整個(gè)球體突然發(fā)生脆裂，裂縫全長(zhǎng)約10m。(4)熔池形狀的影響不同的熔池形狀對(duì)焊縫裂紋也有明顯的影響。窄而深的熔池及焊縫終端收弧過(guò)快而形成的凹陷弧坑，使得一些低熔點(diǎn)雜質(zhì)易集中在焊縫處，當(dāng)焊縫結(jié)晶產(chǎn)生橫向收縮時(shí)，焊縫承受拉應(yīng)力，而處強(qiáng)度差則產(chǎn)生裂紋。(5)焊接接頭處拉伸殘余應(yīng)力的影響制造機(jī)械構(gòu)件時(shí)，如果存在較大的焊接殘余應(yīng)力，而叉沒(méi)有經(jīng)過(guò)焊后熱處理進(jìn)行，剛這些殘余應(yīng)力也會(huì)直接或間接地導(dǎo)致設(shè)備的損壞。壓力容器如果存在較大的焊接應(yīng)力，再加上使用壓力下產(chǎn)生的應(yīng)力，經(jīng)過(guò)反復(fù)加載，局部就會(huì)產(chǎn)生裂紋終使設(shè)備破壞。