富源縣焊工證培訓(xùn)學(xué)校：焊接裂紋產(chǎn)生原因及防治
焊工是一種特種作業(yè)工種，從事焊工相關(guān)規(guī)定工作必須持證上崗，熔化焊接與熱切割特種作業(yè)操作證每3年需要復(fù)審一次。一人一證持證上崗，全國(guó)通用。
考試形式：本人參考、單人單桌、分為理論科目和實(shí)操科目，滿分均為100分，及格分均為80分。
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1、身份證復(fù)印件1份
2、一寸白底照片2張
3、初中及以上文化程度畢業(yè)證復(fù)印件1份
4、個(gè)人健康承諾書1份（學(xué)校提供，本人簽字）
焊工學(xué)技術(shù)課程內(nèi)容：
第一周：焊工基礎(chǔ)（電焊工安全操作規(guī)范及設(shè)備工具的安全使用）手工電弧焊操作技能培訓(xùn)（例如：手工焊接設(shè)備、焊接材料、工具。各種焊接位置的操作技能，單面焊雙面成型技術(shù)的操作技巧）。
第二周：氧、乙炔焊接與切割，等離子弧切割（氣焊與切割設(shè)備的使用及安全操作規(guī)程），各種厚板、薄板氣焊與切割操作技巧。
第三周：手工鎢極氬弧焊技術(shù)（例如：氬弧焊設(shè)備及工具的安全使用和安全操作規(guī)程）；氬弧焊焊接厚、薄板各種焊接位置的安全操作技巧；常用有色技術(shù)材料，例如：鋁合金材料的焊接技巧。
第四周：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊技術(shù)（例如：二氧化碳焊接設(shè)備、設(shè)備工具的安全操作規(guī)程）；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接位置的操作技巧。
焊接裂紋產(chǎn)生原因及防治
焊接裂紋就其本質(zhì)來分,可分為熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂等。下面僅就各種裂紋的成因、特點(diǎn)和防治辦法進(jìn)行具體的闡述。
1.熱裂紋
在焊接時(shí)高溫下產(chǎn)生的,故稱熱裂紋,它的特征是沿原奧氏體晶界開裂。根據(jù)所焊金屬的材料不同(低合金高強(qiáng)鋼、不銹鋼、鑄鐵、鋁合金和某些特種金屬等),產(chǎn)生熱裂紋的形態(tài)、溫度區(qū)間和主要原因也各不相同。
目前,把熱裂紋分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多邊裂紋等三大類。
（1）結(jié)晶裂紋主要產(chǎn)生在含雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中(含S,P,C,Si縫偏高)和單相奧氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金焊縫中。
這種裂紋是在焊縫結(jié)晶過程中,在固相線附近,由于凝固金屬的收縮,殘余液體金屬不足,不能及時(shí)添充,在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂。
防治措施:在冶金因素方面,適當(dāng)調(diào)整焊縫金屬成分,縮短脆性溫度區(qū)的范圍控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量;細(xì)化焊縫金屬一次晶粒,即適當(dāng)加入Mo、V、Ti、Nb等元素;在工藝方面,可以通過焊前預(yù)熱、控制線能量、減小接頭拘束度等方面來防治。
（2）近縫區(qū)液化裂紋是一種沿奧氏體晶界開裂的微裂紋,它的尺寸很小,發(fā)生于HAZ近縫區(qū)或?qū)娱g。
它的成因一般是由于焊接時(shí)近縫區(qū)金屬或焊縫層間金屬,在高溫下使這些區(qū)域的奧氏體晶界上的低熔共晶組成物被重新熔化,在拉應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶間開裂而形成液化裂紋。
（3）多邊化裂紋是在形成多邊化的過程中,由于高溫時(shí)的塑性很低造成的。
這種裂紋并不常見,其防治措施可以向焊縫中加入提高多邊化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
2、再熱裂紋
通常發(fā)生于某些含有沉淀強(qiáng)化元素的鋼種和高溫合金(包括低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強(qiáng)化高溫合金,以及某些奧氏體不銹鋼),他們焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋,而是在熱處理過程中產(chǎn)生了裂紋。
再熱裂紋產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶部位,其走向是沿熔合線的奧氏體粗晶晶界擴(kuò)展。
防治再熱裂紋從選材方面,可以選用細(xì)晶粒鋼。
在工藝方面,選用較小的線能量,選用較高的預(yù)熱溫度并配合以后熱措施,選用低匹配的焊接材料,避免應(yīng)力集中。
3、冷裂紋
主要發(fā)生在高、中碳鋼、低、中合金鋼的焊接熱影響區(qū),但有些金屬,如某些超高強(qiáng)鋼、鈦及鈦合金等有時(shí)冷裂紋也發(fā)生在焊縫中。
一般情況下,鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及分布,以及接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)是高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的三大主要因素。焊后形成的馬氏體組織在氫元素的作用下,配合以拉應(yīng)力,便形成了冷裂紋。
防治冷裂紋可以從工件的化學(xué)成分、焊接材料的選擇和工藝措施三方面入手。
應(yīng)盡量選用碳當(dāng)量較低的材料;焊材應(yīng)選用低氫焊條,焊縫應(yīng)用低強(qiáng)度匹配,對(duì)于高冷裂傾向的材料也可選用奧氏體焊材;合理控制線能量、預(yù)熱和后熱處理是防治冷裂的工藝措施。
在焊接生產(chǎn)中由于采用的鋼種、焊接材料不同,結(jié)構(gòu)的類型、鋼度,以及施工的具體條件不同,可能出現(xiàn)各種形態(tài)的冷裂紋。
延遲裂紋有以下三種形式:
（1）焊趾裂紋——這種裂紋起源于母材與焊縫交界處,并有明顯應(yīng)力集中部位。裂紋的走向經(jīng)常與焊道平行,一般由焊趾表面開始向母材的深處擴(kuò)展。
（2）焊道下裂紋——這種裂紋經(jīng)常發(fā)生在淬硬傾向較大、含氫量較高的焊接熱影響區(qū)。一般情況下裂紋走向與熔合線平行。
（3）根部裂紋——這種裂紋是延遲裂紋中比較常見的一種形態(tài),主要發(fā)生在含氫量較高、預(yù)熱溫度不足的情況下。這種裂紋與焊趾裂紋相似,起源于焊縫根部應(yīng)力集中最大的部位。根部裂紋可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)的粗晶段,也可能出現(xiàn)在焊縫金屬中。
鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及其分布,以及接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)是高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的三大主要因素。這三個(gè)因素在一定條件下是相互聯(lián)系和相互促進(jìn)的。在應(yīng)力的繼續(xù)作用下,就會(huì)不斷地發(fā)生擴(kuò)展而形成宏觀的裂紋。
氫是引起高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋重要因素之一,并且有延遲的特征,因此,在許多文獻(xiàn)上把氫引起的延遲裂紋稱為“氫致裂紋”。
試驗(yàn)研究證明,高強(qiáng)鋼焊接接頭的含氫量越高,則裂紋的敏感性越大,當(dāng)局部地區(qū)的含氫量達(dá)到某一臨界值時(shí),便開始出現(xiàn)裂紋,此值稱為產(chǎn)生裂紋的臨界含氫量[H]cr。
各種鋼產(chǎn)生冷裂的[H]cr值是不同的,它與鋼的化學(xué)成分、鋼度、預(yù)熱溫度,以及冷卻條件等有關(guān)。
1.焊接時(shí),焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹、油污,以及環(huán)境濕度等都是焊縫中富氫的原因。
一般情況下母材和焊絲中的氫量很少,而焊條藥皮的水分和空氣中的濕氣卻不能忽視,成為增氫的主要來源。
2.氫在不同金屬組織中的溶解和擴(kuò)散能力是不同的,氫在奧氏體中的溶解度遠(yuǎn)比鐵素體中的溶解度大。
因此,在焊接時(shí)由奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí),氫的溶解度發(fā)生突然下降。此同時(shí),氫的擴(kuò)散速度恰好相反,由奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)突然增大。
焊接時(shí)在高溫作用下,將有大量的氫溶解在熔池中,在隨后的冷卻和凝固過程中,由于溶解度的急劇降低,氫極力逸出,但因冷卻很快,使氫來不及逸出而保留在焊縫金屬中形成擴(kuò)散氫。
4、層狀撕裂
一種內(nèi)部的低溫開裂。僅限于厚板的母材金屬或焊縫熱影響區(qū),多發(fā)生于“L”、“T”、“+”型接頭中。
其定義為軋制的厚鋼板沿厚度方向塑性不足以承受該方向上的焊接收縮應(yīng)變而發(fā)生于母材的一種階梯狀冷裂紋。
一般是由于厚鋼板在軋制過程中,把鋼內(nèi)的一些非金屬夾雜物軋成平行于軋制方向的帶狀?yuàn)A雜物,這些夾雜物引起了鋼板在力學(xué)性能上的各向?qū)浴?/span>
一般軋制的厚鋼板,如低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼,甚至鋁合金的板材中也會(huì)出現(xiàn)層狀撕裂。根據(jù)層狀撕裂產(chǎn)生的位置大體可以分為三類:
第一類是在焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根冷裂紋誘發(fā)而形成的層狀撕裂。
第二類是焊接熱影響區(qū)沿夾雜開裂,是工程上最常見的層狀撕裂。
第三類遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開裂,一般多出現(xiàn)在有較多MnS的片狀?yuàn)A雜的厚板結(jié)構(gòu)中。
層狀撕裂的形態(tài)與夾雜的種類、形狀、分布,以及所處的位置有密切關(guān)系。
當(dāng)沿軋制方向上以片狀的MnS夾雜為主時(shí),層狀撕裂具有清晰的階梯狀,當(dāng)以硅酸鹽夾雜為主時(shí)呈直線狀,如以Al 夾雜為主時(shí)呈不規(guī)則的階梯狀。
影響層狀撕裂的因素很多,主要有以下幾方面:
1.非金屬夾雜物的種類、數(shù)量和分布形態(tài)是產(chǎn)生層狀撕裂的本質(zhì)原因,它是造成鋼的各向異性、機(jī)械性能差異的根本所在。
2.Z向拘束應(yīng)力 厚壁焊接結(jié)構(gòu)在焊接過程中承受不同的Z向拘束應(yīng)力、焊后的殘余應(yīng)力及載荷,它們是造成層狀撕裂的力學(xué)條件。
3.氫的影響 一般認(rèn)為,在熱影響區(qū)附近,由冷裂誘發(fā)成為層狀撕裂,氫是一個(gè)重要的影響因素。
由于層狀撕裂的影響很大,危害也甚為嚴(yán)重,因此需要在施工之前,對(duì)鋼材層狀撕裂的敏感性作出判斷。
常用的評(píng)定方法有Z向拉伸斷面收縮率和插銷Z向臨界應(yīng)力法。為防止層狀撕裂,斷面收縮率 應(yīng)不小于15%,一般希望 =15~20%為宜,當(dāng)25%時(shí),認(rèn)為抗層狀撕裂優(yōu)異。
防止層狀撕裂應(yīng)主要從以下方面采取措施:
第一,精練鋼 廣泛采用鐵水先期脫硫的辦法,并用真空脫氣,可以冶煉出含硫只有0.003~0.005%的超低硫鋼,它的斷面收縮率(Z向)可達(dá)23~25%。
第二,控制硫化物夾雜的形態(tài) 是把MnS變成其他元素的硫化物,使在熱軋時(shí)難以伸長(zhǎng),從而減輕各向異性。目前廣泛使用的添加元素是鈣和稀土元素。經(jīng)過上述處理的鋼,可制造出Z向斷面收縮率達(dá)50~70%的抗層狀撕裂鋼板。
第三,從防止層狀撕裂的角度出發(fā),在設(shè)計(jì)和施工工藝上主要是避免Z向應(yīng)力和應(yīng)力集中,具體措施按下例參考:
（1）應(yīng)盡量避免單側(cè)焊縫,改用雙側(cè)焊縫可緩和焊縫根部區(qū)的應(yīng)力狀態(tài),為防止應(yīng)力集中。
（2）采用焊接量少的對(duì)稱角焊縫代替焊接量大的全焊透焊縫,以免產(chǎn)生過大的應(yīng)力。
（3）應(yīng)在承受Z向應(yīng)力的一側(cè)開坡口。
（4）對(duì)于T型接頭,可在橫板上預(yù)先堆焊一層低強(qiáng)的焊接材料,以防止焊根裂紋,同時(shí)亦可緩和焊接應(yīng)變。
（5）為防止由冷裂引起的層狀撕裂,應(yīng)盡量采用一些防止冷裂的措施,如減少氫量、適當(dāng)提高預(yù)熱、控制層間溫度等。
