分享：焊缝为什么会开裂？小管径焊接方法和技巧

什么是焊接裂纹？



焊接裂纹是焊接件中最常见的一种严重缺陷。在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。

它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。

焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。

焊接裂纹产生的原因有哪些？

焊缝在焊接当中开裂有以下原因：应力、拘束力、刚性、化学成分、焊缝预留的间隙、电流、焊道、母材清洁度等。这些因素都可能是造成焊缝开裂。

虽然焊缝开裂原因很多，但在不同场合是多种因素造成，也有两种或三种因素造成的。但不管几个因素，其中必有一个主要因素。也有各种条件都没有什么影响，只受一个因素造成焊缝开裂。

因此出现焊缝开裂必须首先正确地分析出开裂的主要因素和次要因素，根据造成开裂的主要、次要因素采取相应措施进行解决。

焊接过程形成的焊缝是焊条和母材两者经过电流高温熔化后形成焊缝，是焊条和母材由固体变成液体，高温液体是热胀，冷却变成固体是收缩。由于热胀冷缩，自然使焊接结构产生应力。有些焊接结构本身就存有拘束力和刚性。

焊接过程是由固体变成液体，也就是由固态转变成液态（通常说铁水），再由液态变成固态，也就形成焊缝。液态转变成固态（也就是铁水转变成晶粒）。铁水变成晶粒的过程就是结晶过程。

母材温度低的位置先开始结晶，逐渐向焊缝中间位置伸展，焊缝中间最后结晶。由于热胀冷缩的作用，焊接结构受应力或拘束力或刚性的影响，使母材晶粒连接不到一起，轻者在焊缝中间出现小裂纹，重者在焊缝中间出现明显的裂缝。

即使母材和电焊条的化学成分都好，受焊接结构的拘束力、刚性和焊接过程产生的应力影响，也会出现裂纹或裂缝。

如果母材和电焊条的化学成分不好（碳、硫、磷等偏高）；或是焊缝预留间隙太大，母材在焊缝边缘杂质过多，或电流过大，并且焊接速度过快、过慢、焊道过宽等因素会使焊缝开裂情况更要加重。

焊接裂纹的种类及预防措施



焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。

根据焊接工程现场焊缝开裂情况，多数是因为应力、拘束力、刚性造成的。可以说往往是应力、拘束力、刚性为焊缝开裂的主要因素。

解决应力、拘束力、刚性造成焊缝开裂比较有效的办法是：采取固定焊、分散焊。

所谓固定焊即为先将焊件的全部焊缝，或是重要部位焊缝，先采取小电流、窄焊道、短距离焊，全部固定住。这样使焊件不易产生较大应力。

即便在焊件各处都固定住，但也不可在同一位置顺序向前，更不可采取大电流并采用大规格焊条。应换位置焊，不使其局部位置产生过大热量。有拘束力和刚性结构可以采取同样的方法解决。

所谓分散焊，这对大型结构来说决不可在同一位置顺序焊，应当调换位置进行焊接。

对大型结构不仅得先固定焊，再采取分散焊，第一焊道也不可用大电流和大规格焊条。对整体大结构来说全部焊缝自始至终都得分散焊，不然，虽然焊缝不开裂，但残留应力太大。

1 小直径管对接水平固定打底层焊接技术

（1）试件材料：20无缝钢管。

（2）试件规格：60mmx4mm，L =200mm，见图。

（3）坡口尺寸：60°V形坡口，钝边为0.5-1mm。

（4）焊接材料：E4303或E5015焊条，直径为2.5mm或3.2mm。

（5）焊接要求：单面焊双面成形。

（6）试件装配。


1）修磨钝边为1-1.5mm，无毛刺，错边量<0. 5mm。

2）试件清理。用角向磨光机、锉刀、砂布和钢丝刷等清理坡口正反两面各20mm范围内的油污、水分、氧化物、毛刺和铁锈等，直至露出金属光泽。

3）试件的装配与定位焊。将清理好的试件，对齐找正、留有3-4mm间隙，用正式焊接工艺和焊接材料，在试件坡口内斜平位置(上爬坡)定位焊一处即可，将定位焊点处理成斜坡状并有适当的反变形。

组装后经检查合格后，按焊位和合适的高度将管子固定在操作架上待焊。小径管子对接水平固定焊试件如上图所示。

2  小直径管对接水平固定打底层焊接技术

(1)引弧——连弧焊引弧

用碱性焊条焊接时，在起弧过程中，由于熔渣少、电弧中的保护气体少等原因，使熔池保护效果不好，焊缝极容易出现密集气孔，多为N2气孔。

为了防止这类现象出现，碱性焊条的引弧多采用划擦法。在始焊处时钟6点位置的前方10mm处引弧后，把电弧拉至始焊处，即时钟6点位置进行电弧预热，当发现坡口根部有“出汗”现象时，将焊条向坡口间隙内顶送，听到“噗噗”声后，稍停一下，使钝边每侧熔化1-2mm并形成第一个熔孔，这时引弧工作完成。

碱性焊条需用电流比同直径的酸性焊条要小10%左右。为此，引弧过程中要求焊工手稳、技术高，引弧及回弧动作要快、准。

(2)断弧焊引弧

在时钟6-5点位置，即仰焊位置引弧，用长弧进行预热，当焊条端部出现熔化状态时，用腕力将焊条端部的第一、第二滴熔滴甩掉。

与此同时，观察预热处有“出汗”现象时，迅速而准确地将焊条熔滴送入始焊端间隙，稍做一下左右摆动的同时，焊条向后上方稍微推一下，然后向斜下方带弧、灭弧，第一个熔池就这样形成了，引弧工作结束。

(3)焊条角度

1）起焊点，即时钟5-6点位，焊条与焊接方向管切线的夹角为80-85°。

2）在时钟7-8点位置为仰焊爬坡焊，焊条与焊接方向管切线的夹角为100°-105°。

3）在立焊位置，即时钟9点钟位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为90°。

4）在立位爬坡焊位置，即时钟10-11点位置施焊过程中，焊条与焊接方向管切线的夹角为85-90°。

5）在平焊位置，即时钟12点位置焊接时，焊条与焊接方向管切线的夹角为75-80°。

各点位置焊条角度如图3-6-4及3-6-5所示。前半圈与后半圈相对应的焊接位置，焊条角度相同。





3  小直径管对接水平固定盖面层焊接技术

1. 清理熔渣仔细清理打底层焊缝与坡口两侧母材夹角处的熔渣、焊点与焊点叠加处的熔渣。

2. 运条方法在时钟5-6点位置，即仰焊位置引弧后，长弧预热仰焊部位，将熔化的第一、第二滴熔滴甩掉，因为此时的熔滴温度低、流动性不好。然后以短弧的方式向上送熔滴，采用月牙形运条或横向锯齿形运条法施焊。焊接过程中始终保持短弧，焊条摆至两侧时要稍作停顿，将坡口两侧边缘熔化1-2mm，使焊缝金属与母材圆滑过渡，防止产生咬边缺陷。焊接过程中，熔池始终保持椭圆形状且大小一致，熔池应明亮清晰。前半圈收弧时，要对弧坑稍填些熔化金属，使弧坑成斜坡状，为后半圈焊缝收尾创造条件。焊接后半圈之前，应把前半圈起头部位焊缝的焊渣敲掉10-15 mm，焊缝收尾时注意填满弧坑。用碱性焊条焊接盖面层时，始终用短弧预热、焊接，引弧方法采用划擦法。

3.焊条角度由于根部打底层焊缝已焊完，盖面层焊缝与根部是否焊透无关，主要技术问题是盖面层焊缝应成形良好，余高应符合技术规定，焊缝与母材圆滑过渡，无咬边。为此，焊条与管子焊接方向切线的夹角应比打底层焊接稍大5°左右，如图3-6-6所示。


1）仰焊位置，即时钟6-7点位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为85°-90°。

2）仰位爬坡焊位置，即时钟7-8点位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为105°-110°。

3）立焊位置，即时钟9点钟位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为95°。

4）立位爬坡焊位置，即时钟10-11点位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为90°-95°。

5）平焊位置，即12点钟位置，焊条与焊接方向管切线的夹角为75°-80°。

4  步骤及注意事项

1）熟悉图样、清理坡口表面和修锉钝边。

2）按装配要求组装试件，进行定位焊，并将试件水平固定在焊接支架距地面800-900mm的高度上待焊。

3）从管子仰焊位处引弧起焊，按逆时针先焊右半圈，采用断弧法焊至平焊位。

4）清理焊渣并修磨仰、平焊位接头，成缓坡状。

5）变换焊接位置，焊接左半圈，在仰焊位缓坡状处起头或用电弧切割成缓坡状再起 头，用与右半圈同样的操作方法完成打底层的焊接

6）清理焊渣及飞溅物，焊接盖面层，仍采用两半圈焊法，施焊时均采用月牙形或横向锯齿形运条法焊接，注意收弧时填满弧坑。

7）焊接后，清理管件内、外焊缝的焊渣和飞溅物，检查正、反两面焊缝。