碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

杨继飞谢俊峰李天成倪义胜

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛266111

摘要：碳钢焊接裂纹是碳钢焊接中的一种缺陷，对碳钢及其焊接有着不良影响，可能会导致碳钢产品的报废，甚至会引发安全事故，这不利于碳钢产品的应用，所以，要正确分析碳钢焊接裂纹产生的原因，并做好相关的预防措施，促进碳钢焊接工作的顺利开展。本文围绕碳钢焊接裂纹展开，分析了碳钢焊接裂纹产生的原因，并提出了预防碳钢焊接裂纹的措施。

关键词：碳钢焊接裂纹；原因；预防措施

引言：焊接是工件生产中的重要工艺，有着成本低、效率高的优势，但是，焊接工艺也存在着一些缺陷，在焊接中可能会呈现裂纹。碳钢焊接裂纹对整个工件的生产是十分不利的，要科学控制裂纹，来提高工件的质量，确保工件的正常使用。碳钢焊接裂纹的产生受到多种因素的影响，要全面分析裂纹产生原因，并提出有效的预防措施，尽量避免焊接中裂纹的出现。

1.碳钢焊接裂纹特征及产生的原因

1.1碳钢焊接裂纹特征

碳钢焊接裂纹通常产生在第一道焊接缝的结晶处，裂纹形状一般为锯齿形。工件变为液态时可能会伴随结晶现象，产生碳钢焊接裂纹，颜色为蓝黑色，开裂时，不会发生金属拉裂。

1.2碳钢焊接裂纹产生的原因

1.2.1工件材质

如果工件的化学性质较不稳定，并且其中还存在磷和硫等杂质，碳钢焊接裂纹出现的频率可能就会提高，工件中的杂质是碳钢焊接裂纹出现的重要原因。另外，使用碳弧气也会导致焊区部分位置发生碳化，这种焊接会形成比较脆的珠光体，在结晶中就会出现裂纹。随着石油业发展进程的不断加快，压力容器变化显著，压力不断提高，体积不断增加，在这种情况下，合金结构的钢材被广泛应用，合金钢材中存在着较多的合金元素，就会导致钢材更容易淬硬，出现裂纹的概率也会提高。在焊接处出现钢材分层和折叠现象，导致裂纹的出现。

1.2.2焊接规范

在进行焊接时，工件的温度会在短时间内快速提高，电流也会加大，焊接位置和周围的金属温差就会加大，还会在短时间内冷却，出现热应力，导致裂纹的产生。现代的压力容器一般都是用焊接工艺制成的，这种工艺的制作成本较低、结构较为简单，也比较节省时间，但是，也存在着一些缺点。在焊接压力容器时，可能会使容器出现一定的缺陷，接头处会出现咬边和气孔等问题，这会减少焊接的实际承载截面，出现拘束应力，如果应力集中，就会对焊接带来不良影响，造成缺陷处的开裂。

1.2.3工件结构

在焊接工件时，焊缝区可能会发生变形。在工件刚性较大的情况下，会产生内应力，这就会导致碳钢焊接裂纹的出现。碳钢焊接裂纹可能会使容器发生爆炸，这是因为角变形和错边会使焊接结构不连续，在工件的焊接边缘会存在裂纹，使焊缝区的应力过度集中，特殊情况下，可能会发生相应的安全事故。

1.2.4焊接接头处应力

在制造机械构件时，一般会有较大的参与应力，即使对构件进行热处理也不能降低参与应力。这些参与应力对工件的制造有着重要影响，还可能会损坏制造设备。压力容器在反复的裁剪中，局部可能会呈现裂缝，造成设备发生损坏。同时，在没有应力的情况下，焊缝可能也会发生破裂，这是设备的自然破裂现象。参与应力是影响工件制造的重要因素，也是造成碳钢焊接裂纹的原因，在工件的制造中要高度重视这一问题的解决，尽量降低参与应力。

2.碳钢焊接裂纹的预防措施

2.1做好焊接前的准备工作

在焊接工件前要做好相关的准备工作，确保焊接部位的全面清洁，将灰尘和油污等清理干净。材料清理是碳钢焊接中的重要工作，要根据相关要求放置母材和填充材料，并科学控制仓储的温度，避免在材料运输中受到其他物质的影响。在仓储中，用专门的运输工具进行材料的运输，在到达指定位置后，根据存储要求进行存放，不能和其他物质混合储存，降低外部环境的影响，在根源上避免材料受到其他物质的影响。控制好外部环境的影响，清理后不影响焊接工作的，可以进行清理，清理后不能工作的，要更换材料。合理选择预热温度对工件进行预热，预热工作的有效开展可以延缓焊缝的冷却，使氢从焊缝扩散到大气中，减少焊缝中氢的含量，降低焊缝的温度和冷却速度，减少热应力的发生概率。工作人员要根据具体的工艺来确定预热的温度，将预热温度保持在合理范围内。在环境温度过低时，要适当提高预热温度，并进行焊缝的同时预热，不能分段进行预热。

2.2选择适当的焊接工艺参数

热量集中的焊接有利于工件焊接的快速完成，防止晶体的产生，提高焊缝的抗裂性。在焊接中要降低焊接的电流和速度，避免焊缝出现过热现象。焊接速度的提高会加大焊缝的应变速度，加大焊缝的热应力。要根据具体的制作要求合理调整工艺参数，结合生产部件的功能科学选择参数。工艺参数的选择在很大程度上影响着工件最终的使用性能，要根据生成的标准和要求，灵活调整生产设备的参数，确保工件生产的稳定性，严格按照相关标准设定参数，确保工件质量对接行业标准。从实际情况来看，工艺参数经常出现不达标的问题，导致碳钢焊接裂纹的产生，降低工件生产效率。所以，在这一工作的开展中，要对生产部件进行细致地检查，保证相关的材料符合工艺参数要求。

2.3科学制定焊接工艺

刨倒坡口对工件的焊接质量有着重要影响，选择恰当的刨倒坡口可以降低焊接裂纹发生的概率。同时，还要科学设置焊接顺序，确保焊接顺序的合理性，让机器同时收缩，起到对焊接变形的控制作用，降低工件焊接产生的残余应力，也要注意焊接电流的选择。在进行焊接时，要确保焊接工作的连续性，尽量避免焊接工作的中断，遇到无可避免的情况，需要根据焊接工艺的要求采取适当的保温措施，最大程度上防止裂纹的出现，继续焊接时，需要确保没有裂纹后再开展焊接工作。

2.4合理选择焊接材料

根据工件材质的变化，选择合适的焊条，保证焊条具备良好的抗裂性能，可以适应因含碳量过高造成的金属性能的变化和其他杂质的影响。碳钢焊接裂纹主要出现在第一道，在第一道应选择性能良好的焊接材料，最大程度上避免裂纹的出现，确保工件的生产率。采用 E5016 焊条，电流 150-160A 焊第一道；用 E4303 焊条，电流 180-190A 焊以后各道焊缝。在这种焊接方式的应用下，电流不断增大，工件温度也会不断提高，可以降低工件冷却的速度，避免裂纹的产生。

2.5改变金属结构

对于碳钢金属性质要求不同的加工，碳钢的金属特性也要有所不同，碳钢金属结构的改变，可以在很大程度上避免碳钢抗裂纹的出现。在焊接碳钢前可以在其中加入变质剂等材料，来使碳钢的金属性能发生改变。碳钢金属性能和结构的改变可以防止裂纹的产生，但是会改变材料的性能，所以，在添加剂的选择中，首先要明确使用碳钢的条件和环境，根据应用环境的不同，科学选择添加剂。这样才可以在碳钢金属性能不发生改变的情况下，促进焊接工作的顺利开展，并避免焊接裂纹的产生。碳钢金属结构的改变主要选择加入添加剂的方式，在使用这种方式时要确保添加剂类型和剂量的合理选择，并严格控制添加的时机，保证金属结构在合理范围内改变。

结束语：综上所述，焊接裂纹是引发安全事故的重要原因，焊接裂纹的产生受到焊接工艺不符合规范和焊接材料质量差等因素的影响。所以，要选择适当的焊接工艺参数，合理选择焊接材料，严格执行相关的焊接标准和规范，提高焊接质量，加强工件的制造和使用管理工作，防止焊接裂纹的出现，确保工件的正常使用，促进焊接工艺的不断进步和成熟。

参考文献

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