钢结构焊接施工中裂纹和气孔的形成原因及预防措施

1、焊接原理中裂纹和气孔地形成原因及预防措施摘要：本文通过阐述 , 详细介绍了焊接施工中焊缝常见地裂纹与气孔缺陷地 分类以及产生原因 , 从而深入浅出地为上述缺陷提出较为详细地预防措施 , 并谨 以此为焊接施工提供一点技术经验 , 以供各位同行批评指正 .关键词：热裂纹 冷裂纹 气孔 产生原因 防治措施一、裂纹它是焊接施工中比较普遍地而又十分严重地缺陷 ,它是在焊接应力及其他致 脆因素共同作用下 ,焊接接头中局部区域地金属原子结合力遭到破坏而使焊接面 产生裂纹 ,实质上 ,就是焊接后焊口在冷却过程产生地热应力超过材料强度所导致 地裂纹 .裂纹地分类：裂纹地分法多 ,按其产生温度可分为热裂纹、冷裂纹

2、、再热 裂纹 .按部位可以分为纵裂纹、横裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹、熔合线裂纹等等.这里主要介绍一下冷裂纹和热裂地产生、特点和预防 .1、 热裂纹地产生及预防1.1、热裂纹地产生原因： 因为焊件及焊条内含硫、铜等低熔点杂质或多或少地存在 ,使得结晶凝固晚 , 凝固后地塑性和强度又极低 .因此 ,在焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象 ,偏析 出地这些低熔点共晶和杂质 ,由于低熔点共晶熔点低 ,往往是最后结晶 ,在晶界以 液态夹层地方式存在 ,这时 ,当外界结构约束应力足够大和焊缝金属地凝固收缩作 用下 ,熔池中低熔点杂质在凝固过程中被拉开 ,被拉开地液态夹层产生地间隙己没 有足够地低熔点液态金属来填

3、充形成了裂纹 ,或在是在凝固后不久被拉开 ,造成开 裂 ,这就是热裂纹产生地机理 .1.2、热裂纹地特征：1.2.1 、 多贯穿在焊缝表面 ,裂口多数贯穿表面 ,并断口被氧化色彩 ,裂纹末端略呈 圆形；、多在焊缝中心位置 ,沿焊缝长度方向分布 ,极少数也产生在热影响区；、微观特征一般是沿晶界开裂 ,故又称之为晶间裂纹；、并在焊后立即可见 ,多可以用肉眼看见 ,1.3、热裂纹地防止措施：1.3.1 、 限制或减小硫、磷等有害元素地含量 ,用含碳量较低地焊条焊接；、改善熔池地一次结晶 ,由于细化晶粒可以提高焊缝中地抗裂性 ,所以广泛 采用向焊缝中加入细化晶粒地元素 ,如钛、铝、锆、硼、或稀土金属铈

4、等 .、控制焊接工艺参数 ,适当提高焊缝成形系数 ,如采用多层多道焊 ,避免偏析 地产生等 .、采用碱性焊条和焊剂 ,由于碱性焊条脱硫、磷效果好 ,抗热裂纹地效果好 , 一般对于热裂纹倾向较大地构件 ,一般都采用碱性焊条进行焊接 .、采用适当地断弧方式 ,如埋弧焊采用断弧板 ,焊条电弧焊采用断弧焊或填 满弧坑地方法来防止热裂纹地产生 .、合理选用焊接规范 ,严格控制焊接工艺参数 ,并采用预热和后热 ,减慢冷却 速度 ,适当提高焊缝形状系数 ,尽可能采用小电流多层多道焊 ,以避免焊缝中心 产生裂纹；、采用熔深较浅地焊缝 ,改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不 存在于焊缝中；、采用合理地装配

5、次序 ,减小焊接应力 ,降低残余应力 ,避免应力集中 .2、 冷裂纹地产生及预防：2.1、冷裂纹地产生原因： 冷裂纹主要产生在中碳钢、高碳钢、低合金钢和中合金高强度钢中.产生冷裂地原因主要有三个方面： 钢地淬硬倾向 ,焊接应力 ,较多地氢地存在和聚集 .许多情况 下 ,氢是诱发冷裂纹最活跃因素之一 .当焊缝中淬硬倾向和焊接应力过大 ,使热影 响区存在显微缺陷时 ,氢会在这些缺陷处聚集 ,并由原子态转为分子态 ,加上焊接 应力地作用 ,使显微缺陷扩大 ,从而形成冷裂纹 .2.2、冷裂纹地特征：2.2.1 、 冷裂纹断面表面没有氧化色彩 ,它是较低温度产生地 ,（200300 度以下） 一般不可以

6、用肉眼看到 ,要做着色才可以看到 .、冷裂纹一般产生在热影响区或焊缝与热影响区地熔合线上 ,也有极少数 产生在焊缝上 .、冷裂纹一般为穿晶裂纹 ,少数也有可能沿晶界发生 .、冷裂纹一般在焊后并不立即出现 ,而是在焊后几小时、 几天甚至更长时间 才出现 .2.3、 冷裂纹地防止措施：2.3.1 、 选用碱性低氢型焊条 ,减少焊缝中扩散氢地含量；、严格遵守焊接材料 （焊条、焊剂 ）地保管、烘焙、使用制度 ,焊条和焊剂应 按规定烘干 ,随用随取 ,谨防受潮；、保护气体要控制其纯度 ,严格清理焊条、 焊件地油、 锈、水分并控制焊接 环境地湿度 ,从而减少氢地来源；、改善焊缝金属性能 .如加入一些合金元

7、素可以提高焊缝中地塑性 .、根据材料等级、 碳当量、构件厚度、施焊环境等 ,正确地选择焊接工艺参 数和线能量 ,例如：采用焊前预热 ,焊后缓冷 ,采取多层多道焊接 ,控制一定地层 间温度等 ,改善焊缝热影响区地组织 ,去氢和消除焊接应力 .、焊后紧急热处理 ,以去氢、消除内应力和淬硬组织回火 ,改善接头韧性；、采用合理地施焊程序 ,采用分段退焊法等 ,减少焊接变形和焊接应力 .二、气孔焊缝中地气孔是焊接缺陷之一 ,对一般非压力容器构件来说 ,不认为是重要缺 陷 ,往往被人们所忽视 ,但气孔会降低焊接接头地机械性能 ,产生应力集中 ,它地存 在减少了焊缝有效工作截面 ,降低了接头地机械强度 .严

8、重时会造成脆性破坏 ,影 响产品质量 .若是有穿透性或连续性气孔存在 ,将会严重影响焊件地密封性 .可是 , 在钢制结构地焊接中 ,若在几米或十几米乃至更长地焊缝上 ,要保证不出一个气孔 只有通过采取采性气体对焊缝正面形成良好保护 ,保证一次焊透 ,或采用带背面止 口地接头形式 ,才可防止气孔地产生 .1、 气孔地产生及预防1.1、气孔地产生原因：焊缝内部易形成气孔 ,主要原因是从熔池上方和熔池底部卷入空气所致 .具体 地讲,就是在钢结构焊接施工中 , 由于焊件表面地油、污、锈、垢及氧化膜没有清 除干净、焊条受潮或质量不好、焊炬摆幅快而大、焊接现场周围风力较大、焊接 速度过快、焊丝和母材地化学

9、成分不匹配等诸多因素 ,造成焊缝金属在高温时 ,吸 收了过多环境中地气体（如 02、H2、N2）或由于溶池内部冶金反应产生地气体(如CO),在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴1.2、气孔地防止措施在焊接施工中,如何控制好过多地环境气体(如 。2、H2、N2、)及时排除才是 气孔预防措施地关键之所在 ,下面将逐一进行介绍各种有害气体地来源、危害以 及具体地控制措施 .1.2.1 、 氧在焊缝中地作用：1.2.1.1 、氧地来源：焊接区地氧主要来自电弧中地氧化性气体(如二氧化碳、 氧、水等)、焊剂、药皮中地水份和焊件表面地铁锈、水份 .、氧对焊缝质量地影响：1) 加速焊缝中有益

10、元素地烧损 ,而使焊缝地强度、塑性、冲击韧性降低 .2) 降低焊缝地物理性能和化学性能 ,如导电性、导磁性和抗腐蚀性等 .3) O2 与 H2、 C 反应,形成不溶于金属地气体 ,如果结晶时来不及逸出焊缝 ,则 形成气孔 .、氧气孔在焊缝中地特征： 氧气孔主要发生在碳钢焊缝中 ,一般情况下存 在于焊缝地内部 ,气孔沿结晶方向分布 ,呈条状或不规则形状 ,表面光滑 .、控制氧地措施：1) 加强保护 ,如采用短弧焊 ,选用合适地气体流量 ,防止空气入侵 .2) 清理焊件表面地水分、油污、铁锈 ,按规定烘干焊条、焊剂等焊接材料 .3) 对焊缝采用一定地脱氧措施 .如采用含脱氧元素较高地焊条、焊剂 .

11、、氢对焊缝地作用：1.2.2.1 、氢地来源：焊缝中地氢主要来自受潮地药皮或焊剂中水份、焊条、焊剂中地有机物、空 气中地水份、焊件表面地铁锈、油脂及油漆 .、氢对焊缝质地影响：1) 形成气孔 ,焊缝中饱和地氢来不及逸出焊缝时 ,就形成了气孔 .2) 产生氢白点和氢脆；3) 氢也是产生冷裂纹地主要原因之一 .、氢气孔在焊缝中地特征： 在焊接碳钢和低合金钢时 ,氢气孔主要出现在焊 缝表面,以单个出现,在返修磨刨时明显感觉很深 ,气孔内壁光滑 ,焊接铝、镁等 有色金属时 ,主要了产生在焊缝地内部 .、控制氢地措施：1) 清理焊件及焊丝表面地油污 ,铁锈、水份 .2) 焊前按规定烘烤焊条、焊剂 .气体

12、保护焊对气体进行去水份、干燥处理 .3) 尽量选用低氢型焊条 ,焊接时采用直流反接、短弧操场作 .4) 对焊缝进行消氢处理 ,如焊前预热 ,焊后缓冷 .、氮对焊缝地作用： 、氮地来源：焊接时熔池中地氮主要来自空气中 、氮对焊缝质量地影响： 焊缝中饱和地氮来不及逸出焊缝时 ,就形成了气孔 , 同时也影响焊缝地力学性能 .、氮气孔在焊缝中地特征：氮气孔一般发生有焊缝地表面(多层焊在每层 地表面)成堆、蜂窝状出现 ,焊条电弧焊一般在接头引弧处出现较多 ,生产中 也是出现得比较多地气孔 .、控制氮地措施：1) 清理焊件及焊丝表面地油污 ,铁锈、水份 ,焊前按规定烘烤焊条、焊剂 .2) 气体保护焊对保护气体进行去水份、干燥处理 ,气体纯度要达到要求 ,有风 时要有防风措施 .3) 不得使用药皮开裂、药皮脱落、变质、偏心或生锈地焊条 .4) 选用合适地焊接工艺参数 ,碱性焊条时要采用短弧焊 ,电流采用直反接 .三、结束语：综上所述：钢结构焊接施工中 , 裂纹和气孔缺陷均会导致焊缝出现应力集中 , 缩短使用寿命 ,造成脆裂 ,降低结构断面尺寸 ,影响焊缝地力学性能 ,危及安全 .因 此,在重要乃至关键部位地钢结构制作安装中 , 必须加强焊接工