文分析了機械構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)生的一系列預防措施，為提高機械構件設計、制造、安裝質(zhì)量提供了理論參考。關鍵詞：焊接裂紋；原因；措施1，引言焊接已成為制造金屬結構和機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，但它同時也存在一些缺陷，如咬邊、氣孔、裂紋等，地控制這些缺陷，將有重要的現(xiàn)實意義。眾所周知，壓力容器是現(xiàn)代社會為重要的特種設備.當其發(fā)生斷裂事故時，特別是在高溫、高的交變熱應力及在腐蝕環(huán)境下運行的壓力容器，一旦發(fā)生斷裂，就會給社會造成重大損失。據(jù)統(tǒng)計，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構、機械零部件等，如果有焊接裂紋的存在，其造成的后果是顯而易見的，小到結構，零部件的報廢，大到產(chǎn)生生命財產(chǎn)的損失。因此，分析探討在制造過程中焊接裂紋產(chǎn)生的原因.從根本上提高機械設備運行的性，是一個重要課題。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。當焊口沿著接頭點移動熱源時，強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，由于沒有填充金屬進人熔池，焊縫金屬留下的l…坑稱之為弧坑，而那里的焊縫應該是完滿的。在局部應力超過材料的限強度時，基體內(nèi)的裂紋將會擴展。冶金專家將裂紋分為熱裂和冷裂兩種類型。當剛凝固的焊縫金屬被加熱到較高溫度時，熱裂紋就會以沿品方式擴展。冷裂紋在結晶溫度以下產(chǎn)生。當金屬冷卻時，收縮應力增大，冷裂紋以冊晶和穿晶兩種方式擴展。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重缺陷?；】又械氖湛s應力使其產(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)場觀察：焊接裂紋主要產(chǎn)生在道焊縫結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)轉變成固態(tài)時高溫結晶形成的。屬于一種結晶裂紋，其表面有發(fā)藍、發(fā)黑氧化色彩，開裂時無金屬拉裂的聲響，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)局部增碳嚴重，焊縫局部形成珠光體乃至滲碳體組織，脆性大，在冷卻結晶過程巾易產(chǎn)生裂紋[4】。隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，壓力容器也相應地朝大型、高壓及厚壁方向發(fā)展，因此低合金結構鋼，合金鋼以及高強銅均廣泛應用。這砦合金鋼材雖然強度較高，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，也可以構成裂紋源而擴展成為裂紋。如吉林某化肥廠一臺蘇制水洗塔，運行5年后發(fā)生爆炸，整個塔碎成百余塊，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)生熱應山而造成裂紋?，F(xiàn)代壓力容器絕大多數(shù)是采用焊接結構，主要是因為它具有連接、重量輕、結構設計簡單、制造省時和成本低等優(yōu)點。但同時焊接結構本身缺陷也帶入容器，在焊接壓力容器制造過程中，焊接接頭往往存在著一些焊接缺陷，如裂紋，未熔臺，來焊透、咬迎、氣孔和夾渣等.這些缺陷的存在使焊縫實際承載截面大為削弱，而且會在缺陷的周圍產(chǎn)半較大的拘束麻力和殘余應力，增加新的應力集中在這些缺陷征交形成的幾何條件下，應力的均勻分布越不利，應力集中就越嚴重導致缺陷處的應力場強度因子增加，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)，簡體上的縱焊縫及巾部環(huán)焊縫為未開坡口雙面對接焊，封頭與簡體相聯(lián)的環(huán)焊縫為未開坡口的單面手工焊.存在著嚴重的對接錯邊，所有焊縫均存在嚴重未焊透、未熔臺、氣孔、夾渣等缺陷，焊縫外觀質(zhì)量也很差，存在角變形、錯邊，咬邊等超標缺陷。分析其檢驗結果，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，使焊接接頭的強度、韌性指標嚴重降低。主裂紋源位于罐體底部，在容器長期使州中，其裂紋存在嚴重的應力集中，使裂紋擴展。加上在長期使用中.沒有執(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)生高應變擴展，終達到臨界值而導致脆性斷裂。(3)工件結構的影響在焊接過程中，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)應力，引起焊縫裂紋。壓力容器由于焊接結構不合理而引起裂紋并導致爆炸事故也是常見的，它的主要特點是錯邊和角變形。這種缺陷會使容器在接縫處因結構不連續(xù)而產(chǎn)生應力集中，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1000m3球形貯罐發(fā)生脆性破裂，主要是這種原因引起的，這個球罐在現(xiàn)場裝配焊接時，把頂板上一塊月牙板裝在底板上，因兩種板相差20mm寬，焊縫對不上，I。是嵌進一塊金屬板再進行焊接，焊縫兩側錯邊約3mm，角變形6—70；結果就在試壓時，整個球體突然發(fā)生脆裂，裂縫全長約10m。(4)熔池形狀的影響不同的熔池形狀對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快而形成的凹陷弧坑，使得一些低熔點雜質(zhì)易集中在焊縫處，當焊縫結晶產(chǎn)生橫向收縮時，焊縫承受拉應力，而處強度差則產(chǎn)生裂紋。(5)焊接接頭處拉伸殘余應力的影響制造機械構件時，如果存在較大的焊接殘余應力，而叉沒有經(jīng)過焊后熱處理進行，剛這些殘余應力也會直接或間接地導致設備的損壞。壓力容器如果存在較大的焊接應力，再加上使用壓力下產(chǎn)生的應力，經(jīng)過反復加載，局部就會產(chǎn)生裂紋終使設備破壞。