焊接热裂纹产生原因（推荐7篇）
（中国水利水电第三工程局有限公司)摘要：本文通过阐述，详细介绍了焊接施工中焊缝常见的裂纹与气孔缺陷的分类以及产生原因，从而深入浅出的为上述缺陷提出较为详细的预防措施，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 裂纹
它是焊接施工中比较普遍的而又十分严重的缺陷，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的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的热应力超过材料强度所导致的裂纹。裂纹的分类：裂纹的分法多，按其产生温度可分为热裂纹、冷裂纹、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的产生、特点和预防。热裂纹的产生及预防 热裂纹的产生原因：
因为焊件及焊条内含硫、铜等低熔点杂质或多或少的存在，使得结晶凝固晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，偏析出的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，在晶界以液态夹层的方式存在，这时，当外界结构约束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中低熔点杂质在凝固过程中被拉开，被拉开的液态夹层产生的间隙己没有足够的低熔点液态金属来填充形成了裂纹，或在是在凝固后不久被拉开，造成开裂，这就是热裂纹产生的机理。热裂纹的特征：
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，热裂纹的防止措施：
限制或减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的焊条焊接； 改善熔池的一次结晶，由于细化晶粒可以提高焊缝中的抗裂性，所以广泛采用向焊缝中加入细化晶粒的元素，如钛、铝、锆、硼、或稀土金属铈等。
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，避免偏析的产生等。采用碱性焊条和焊剂，由于碱性焊条脱硫、磷效果好，抗热裂纹的效果好，一般对于热裂纹倾向较大的构件，一般都采用碱性焊条进行焊接。采用适当的断弧方式，如埋弧焊采用断弧板，焊条电弧焊采用断弧焊或填满弧坑的方法来防止热裂纹的产生。
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；
采用熔深较浅的焊缝，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； 采用合理的装配次序，减小焊接应力，降低残余应力，避免应力集中。冷裂纹的产生及预防： 冷裂纹的产生原因：
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。产生冷裂的原因主要有三个方面：钢的淬硬倾向，焊接应力，较多的氢的存在和聚集。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，加上焊接应力的作用，使显微缺陷扩大，从而形成冷裂纹。冷裂纹的特征：
冷裂纹断面表面没有氧化色彩，它是较低温度产生的，（200~300度以下）一般不可以用肉眼看到，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的熔合线上，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。冷裂纹的防止措施：
选用碱性低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；
严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、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、焊件的油、锈、水分并控制焊接环境的湿度，从而减少氢的来源；
改善焊缝金属性能。如加入一些合金元素可以提高焊缝中的塑性。根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，正确的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，控制一定的层间温度等，改善焊缝热影响区的组织，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； 采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，减少焊接变形和焊接应力。气孔
焊缝中的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的机械性能，产生应力集中，它的存在减少了焊缝有效工作截面，降低了接头的机械强度。严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，将会严重影响焊件的密封性。可是，在钢制结构的焊接中，若在几米或十几米乃至更长的焊缝上，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,或采用带背面止口的接头形式,才可防止气孔的产生。气孔的产生及预防 气孔的产生原因：
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。具体的讲，就是在钢结构焊接施工中，由于焊件表面的油、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、焊丝和母材的化学成分不匹配等诸多因素，造成焊缝金属在高温时，吸收了过多环境中的气体（如O2、H2、N2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（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。气孔的防止措施
在焊接施工中，如何控制好过多的环境气体（如O2、H2、N2、）及时排除才是气孔预防措施的关键之所在，下面将逐一进行介绍各种有害气体的来源、危害以及具体的控制措施。氧在焊缝中的作用：
氧的来源：焊接区的氧主要来自电弧中的氧化性气体（如二氧化碳、氧、水等）、焊剂、药皮中的水份和焊件表面的铁锈、水份。氧对焊缝质量的影响： 加速焊缝中有益元素的烧损，而使焊缝的强度、塑性、冲击韧性降低。降低焊缝的物理性能和化学性能，如导电性、导磁性和抗腐蚀性等。
O2与H2、C反应，形成不溶于金属的气体，如果结晶时来不及逸出焊缝，则形成气孔。氧气孔在焊缝中的特征：氧气孔主要发生在碳钢焊缝中，一般情况下存在于焊缝的内部，气孔沿结晶方向分布，呈条状或不规则形状，表面光滑。控制氧的措施：
加强保护，如采用短弧焊，选用合适的气体流量，防止空气入侵。
清理焊件表面的水分、油污、铁锈，按规定烘干焊条、焊剂等焊接材料。对焊缝采用一定的脱氧措施。如采用含脱氧元素较高的焊条、焊剂。氢对焊缝的作用： 氢的来源：
焊缝中的氢主要来自受潮的药皮或焊剂中水份、焊条、焊剂中的有机物、空气中的水份、焊件表面的铁锈、油脂及油漆。氢对焊缝质的影响：
形成气孔，焊缝中饱和的氢来不及逸出焊缝时，就形成了气孔。产生氢白点和氢脆；
氢也是产生冷裂纹的主要原因之一。
氢气孔在焊缝中的特征：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，主要了产生在焊缝的内部。控制氢的措施：
清理焊件及焊丝表面的油污，铁锈、水份。
焊前按规定烘烤焊条、焊剂。气体保护焊对气体进行去水份、干燥处理。尽量选用低氢型焊条，焊接时采用直流反接、短弧操场作。对焊缝进行消氢处理，如焊前预热，焊后缓冷。氮对焊缝的作用：
氮的来源：焊接时熔池中的氮主要来自空气中。
氮对焊缝质量的影响：焊缝中饱和的氮来不及逸出焊缝时，就形成了气孔，同时也影响焊缝的力学性能。
氮气孔在焊缝中的特征：氮气孔一般发生有焊缝的表面（多层焊在每层的表面）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的气孔。控制氮的措施：
清理焊件及焊丝表面的油污，铁锈、水份，焊前按规定烘烤焊条、焊剂。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。不得使用药皮开裂、药皮脱落、变质、偏心或生锈的焊条。
选用合适的焊接工艺参数，碱性焊条时要采用短弧焊，电流采用直反接。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，影响焊缝的力学性能，危及安全。因此，在重要乃至关键部位的钢结构制作安装中，必须加强焊接工作中裂纹及气孔缺陷的数量控制，遵守焊接规范，严格施工工艺，保证焊缝质量，避免质量事故和危及到结构稳定和人民生民财产的事故发生。参考文献：
关键词：焊接裂纹,焊接应力,内应力
1 难以理解焊接裂纹的原因
焊接是一种危害性最大的焊接缺陷, 是在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下, 焊接接头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特征。裂纹不仅降低接头强度, 而且还会引起严重的应力集中, 使结构断裂破坏。按其产生的温度和原因不同, 可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等。不论哪种裂纹, 焊接应力是产生裂纹的外因, 局部的淬硬组织、氢及一些硬而脆碳化物是产生裂纹的内因。在实际教学中发现, 学生对于焊接裂纹产生原因的理解总是不够清晰、明确。究其原因, 主要有以下几个方面:
1.1 难以理解内应力的概念
学生在初中阶段学过的力的概念是:力是物体之间的相互作用。而内应力的概念是:当没有外力存在时, 物体内部的存在的应力。学生一时很难接受这一新的概念, 觉得没有别的物体的作用, 怎么会有力产生呢?很难理解, 一时无所适从。
1.2 焊接应力不可见, 不直观
焊接应力与变形一直是焊工工艺学教学中的一个重点和难点内容, 但焊接变形可见而焊接应力不可见, 有的学生认为焊接应力是由于变形而引起的, 而实质上焊接变形是由焊接应力而引起的, 特别是在焊缝分布不对称的焊接结构中, 更加明显。
1.3 难以理解焊接应力这种内应力的产生原因
对于焊接实际情况认识不够, 焊接是一个不均匀的加热和冷却过程, 局部的变形受到了邻近金属的阻碍, 同时组织变化也产生了一定的相变应力, 因此产生了近缝区的拉应力和两侧的压应力, 学生理解不了这个原因。
1.4 难以理解材料内部的致脆因素
焊接化学冶金过程十分复杂, 其特点是:
1.4.1 温度高、温度梯度大
焊接电弧的温度很高, 一般可达6000-8000℃, 熔池的平均温度在2000℃以上, 并被周围的冷却金属所包围。
1.4.2 熔池体积小, 存在时间短
焊接熔池体积极小, 手工电弧焊时熔池的质量通常是0.6-16g, 存在时间只有几秒甚至更少。由于冷却速度快, 产生淬硬组织。
1.4.3 反应接触面大
焊接时, 熔化金属是以滴状从焊条过渡到熔池的, 因此熔滴与气体及熔渣的接触面就大大超过了一般炼钢的情况。气体侵入液体金属中的机会也增多了, 使焊缝金属容易产生氧化、氮化及气孔。
1.4.4 内部金相组织十分复杂
在很小的范围内就有多种不同组织, 具有不同的力学性能。
由于焊接冶金过程的复杂性, 短时间性等原因, 焊缝内部产生一些低熔点共晶物、淬硬组织等。材料内部的淬硬组织、低熔点共晶物等的组织和性能, 不便测定, 故理解起来有一定的难度。
2 模拟实验
为了让学生能直观、深刻理解焊接裂纹的产生原因, 在教学中设计了一个模拟实验, 通过实验的方法, 一步步帮助学生分析裂纹的产生机理, 效果非常的好。现将模拟实验及分析简介如下:
2.1 实验用具及环境温度
形状相同的玻璃杯两只 (未经钢化处理) , 形状相同的塑料杯两只, 小型电冰箱一台 (冷藏室温度6℃) , 电吹风一个、开水 (温度80℃左右) 一壶, 冷水 (6℃) 1000m L, 实验桌、环境温度20℃。
2.2 实验过程及分析
步骤一, 在两只玻璃杯上的相同高度, 划线作好标记;
步骤二, 分别在两只玻璃杯中装入相同量的开水及冷水到划线高度; (注:装热水杯先均匀用电吹风机预热一下, 让学生想一想为什么装热水前要预热) 。
观察:两个杯子均未出现裂纹
分析:分析杯子受力情况, 此时杯子底及杯壁受到水的压力, 杯子底受到桌子的支承反力, (让学生分析此时有无内应力) 。
(提示:用电吹风预热的原因是让杯子先保持一定的温度, 减小加入热水的温差, 避免加入热水时出现开裂。)
步骤三, 将热水杯中的水倒掉, 迅速倒入冷水 (让学生注意观察实验过程)
观察:此时热水杯出现裂纹
分析:我们没有摔打杯子, 而杯子出现裂纹, 说明此时杯子除了受到前面分析的力的作用外, 一定存在着另外一种力, 要不然不会出现裂纹, 此时杯子没有受到别的物体的作用, 说明这个力是存在于杯子的内部, 也就是我们所说的内应力, 是这个力使杯子产生裂纹。那这个力是怎么产生的呢?我们都知道物体热胀冷缩的道理, 通过观察, 我们看到, 当我们把杯子中热水倒掉, 倒入冷水时, 冷水与杯子的接触是一个局部接触, 或者是先与杯底接触, 或是先与杯壁接触, 也就是局部先冷却, 温度先降下来, 而其他的部位温度还很高, 此时由于收缩不均匀, 温度低的部位收缩量大, 温度高的部位收缩量小, 收缩量大的部位的收缩受到收缩小部位的阻碍。这种不均匀的收缩, 产生了这个内部应力。
步骤四, 在两个塑料杯中也重复上述实验, 发现塑料杯未出现裂纹, (教师引导启发, 请学生分析原因)
分析:同样实验, 产生内应力是一定的, 但为什么会出现不同的结果呢?首先比较玻璃杯与塑料杯材质的不同, 一个是塑性好, 变形能力大的材料, 一个是硬度高、变形能力小的脆性材料;进一步分析其力学性能, 如强度、硬度、塑性、韧性的不同。由于玻璃材质硬, 脆性大, 变形能力小, 在内应力的作用下, 超过了玻璃的强度指标, 产生了裂纹;而塑料较软、变形能力强, 虽然也有内应力产生, 但材料发生了一定的变形, 抵消了这个应力, 所以未产生裂纹。
步骤五, 在一个玻璃杯中重复装入热水, 然后倒掉, 迅速放入冰箱冷藏室中, 放置一段时间, 观察分析。
观察:经过一段时间放置, 未出现裂纹
(提示:让学生分析两种情况, 冷却条件的不同)
分析:同样的实验, 放入同一温度的冰箱中, 为什么没有出现裂纹呢?对照前面的实验, 我们发现此时的冷却与直接倒入冷水是不同的, 此时是整体、均匀的冷却, 没有不均匀收缩现象, 未产生内应力, 所以杯子没有开裂。
2.3 思路分析
本实验我们设计了两个环境:一种是均匀冷却, 一种是局部冷却;采用了两种材料:一种是硬而脆的玻璃, 一种是较软、变形能力好的塑料。且注重了一些实验的细节, 如玻璃杯加热水前的预热、相同的冷水温度和冰箱冷藏室温度。通过以上实验, 我们分析了内应力 (热应力) 的产生原因→分析了内应力对不同材料 (塑性材料/脆性材料) 的作用、影响→分析了实际焊接环境的应力产生情况→简述了焊接化学冶金过程的特点→焊缝的金相组织→得出裂纹的产生原因 (内因和外因) →加深了同学的理解和认识, 达到了教学目的。
2.4 结论
焊接过程中产生的应力与变形, 往往使焊接产品的质量下降或使下一道工序无法顺利进行。更重要的是焊接应力是造成裂纹的直接原因, 即使不造成焊接裂纹, 也会降低焊接结构的承载能力和使用寿命。因此我们必须找出它们产生的原因与规律, 在实际生产中采取一定的工艺措施, 减小焊接应力的危害。
通过实验, 我们模拟了焊接的环境, 分析了内应力的产生机理;内应力对于不同材质的材料产生的不同结果, 使学生从感性到理性地理解了内应力是产生裂纹的外因, 材料本身的因素 (材质、夹杂物、力学性能等) 是产生裂纹的内因。
实际焊接情况加热温度更高、温度梯度更大, 所产生的内应力情况更为复杂, 既有因为不均匀收缩膨胀产生的热应力, 也有因为组织转变产生的相变应力。同时, 因为材料厚度等的因素, 产生的三向空间应力, 使得拘束度更大, 产生的焊接应力更大。此次我们主要分析了焊接应力的产生原因, 未就焊缝及热影响区组织作过多的分析, 可以在学生有一定认识之后, 结合金属材料的相关知识, 作进一步的分析研究。
参考资料
参考文献
[1]焊工工艺学[M].北京:中国劳动和社会保障出版社, 第三版.
关键词：钢结构；热裂纹；冷裂纹；预防措施
前 言
焊接裂纹是钢结构在制造过程出现的危害最严重的缺陷，我公司主要承担为安阳钢铁备件制造、安装及系统检修，在钢结构的制造过程中，有时焊缝会出现焊接裂纹，给工程施工带来一定的影响，具体表现在：裂纹能引起严重的应力集中，降低焊接接头的承载能力，任其发展的话最终会导致焊接结构的破坏，降低工程质量，缩短结构寿命，严重时可能造成安全事故，间接延误工期并增加施工成本，影响公司的形象，所以说裂纹在钢结构的制造过程中一经发现必须彻底清除，进行修补，确保产品质量.以下对钢结构制造过程中裂纹产生的原因及其防治措施进行分析，供大家参与.
1.内在原因分析及相应的预防措施
一般焊接裂纹按其产生的温度和时间分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹
1.1.热裂纹
热裂纹是指在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时产生的裂纹，故又称为高温裂纹.其产生的原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，偏析出的物质多为低熔点共晶和杂质.它们在结晶过程中以液态间层形式存在，凝固以后的强度也较低，当焊接应力足够大时就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹.此外如果母材的晶界上也存在低熔点共晶和杂质，则在加热温度超过其熔点的热影响区，这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层，在一定条件下，焊接应力足够大时也会被拉开形成所谓热影响区液化裂纹.总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果.热裂纹特征是：多贯穿在焊缝表面，且断口被氧化成氧化色.它主要的表现形式：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹及热影响区裂纹.针对其产生的原因采取以下预防措施：a）限制钢材和焊材中的硫、磷元素的质量分数.b）改善熔池金属的一次结晶，细化晶粒提高焊缝金属的抗裂性：广泛采用的方法是向焊缝金属中加入细化晶粒的元素.c）控制焊接工艺参数，适当提高焊缝成型系数：可采用多层多道焊法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹.
1.2.冷裂纹
冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹.它与热裂纹不同，是在焊后较低温度下产生的，可以焊后立即出现，有时要经过一段时间才能出现，这种拖后一段时间才能出现的裂纹也称为延迟裂纹.冷裂纹主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金钢或中合金钢中，产生的原因主要有三个因素：1）钢的淬硬倾向大；2）焊接接头受到的拘束应力；3）较多的扩散氢的存在和浓集.这三个条件同时存在时，就容易产生冷裂纹.在许多情况下，氢是诱发冷裂纹的最活跃的因素.冷裂纹的特征是断裂表面没有氧化色彩，这表明与热裂纹不一样，它多产生在热影响区或热影响区与焊缝交界的熔合线上，但也有可能发生在焊缝上.防止冷裂纹主要从降低扩散氢含量、改善组织和降低焊接应力等几方面解决，主要的措施有：a）选用低氢型焊条，可减少焊缝的氢.b）焊条焊剂应严格按照规定进行烘干，碱性焊条要求300～350℃，烘熔1～2h；酸性焊条要求100～150℃，烘熔1～2h；熔炼焊剂要求200～250℃，烘熔1～2h； 烧结焊剂要求200～250℃，烘熔1～2h.随取随用，严格清理焊丝和工件坡口两侧的油绣，水分，控制环境温度.c）改善焊缝金属的性能，加入某些合金元素以提高焊缝金属的塑形.d）正确选用焊接工艺参数、预热、缓冷、后热以及焊后热处理等，以改善焊缝及热影响区的组织，去氢和消除焊接应力.e）改善结构的应力状态，降低焊接应力等.
1.3.再热裂纹
再热裂纹是焊后焊件在一定温度范围再次加热（消除应力热处理或其他加热过程）而产生的裂纹，也称为焊后热处理裂纹或消除应力回火裂纹.在热裂纹具有晶界断裂的特征，大多发生在应力集中部位.它产生的原因一般认为是在再次加热时，在第一次加热过程中过饱和和固溶的碳化物再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中于原先的奥氏体晶界，当晶界的塑形盈利能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就会形成再热裂纹.控制在热裂纹的措施是：a）减小焊接应力和应力集中，如提高预热温度、焊后缓冷、使焊缝与母材平滑过渡等；b）在满足设计要求的前提下，选择适当的焊接材料，使焊缝的强度稍低于母材，让应力在焊缝中松弛；c）在保证室温接头强度的情况下，提高消除应力退火温度，致使析出比较大有碳化物粒子，以改善高温延性.
2.外在原因及应对措施
焊接裂纹除以上工艺和原材料方面的原因外，人的因素和环境条件也是很关键的外因.如在实际焊接过程中，对以上产生焊接裂纹的原因及预防措施重视不够，制定的焊接工艺不详细过于简单，或操作人员责任心不强，不严格按照焊接工艺卡的要求实施；焊接工程师较少，在焊接过程中缺少焊接专业监督指导，对焊接后出现的问题不能及时处理；现场管理混乱，对原材料缺乏严格的质量检验制度而误用不合格材料或用错不同材料的钢材；天气气温低，没能按照要求进行预热、保温缓冷措施；不应涂漆的部位进行了油漆，部分施焊人员未经培训等种种原因导致有些预防措施不能落实到位，偶尔仍会出现个别裂纹.
3.实践效果
通过对钢结构焊缝裂纹产生的原因进行深入的分析，了解了其预防措施，理论联系实际，基本上掌握了控制焊缝裂纹的方法，如2011年在安钢3号高炉热风炉制造过程中，炉壳板（Q345）对接焊缝经无损检测发现有裂纹现象，经分析：冬季施工环境温度低，板材厚度较大，预热及层间温度措施不当，将原来的烤枪火焰预热改为自动控温热电偶加热，解决了出现裂纹的现象。
4.结论
经实践证明钢结构焊接时，按照以上分析的情况，严格执行相关的规定、规程，基本上可以避免裂纹的产生，实践效果良好.
参考文献：
[1]殷长福. 简论钢结构焊接质量控制[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2011，（09） .
[2]刘锡山. 浅析高层钢结构的施工及焊接技术[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）， 2011，（05） .
1、产生焊接冷裂纹的原因
焊接冷裂纹在焊后较低的温度下形成。由于这种裂纹形成与氢有关，且有延迟开裂的特点，因此又称之为焊接氢致裂纹或延迟裂纹。
产生焊接冷裂纹的三个必要条件：
（1）氢。氢的主要来源是焊材中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等。这些水、铁锈或有机物经焊接电弧的高温热作用分解成氢原子而进入焊接熔池中。在焊接过程中氢除向大气中扩散外，余下的在焊缝中呈过饱和状态，即在焊缝中存在着扩散氢。根据氢脆理论，这种扩散氢将向应变集中区（如微裂纹或缺口尖端附近）扩散，当该区的氢浓度达到某一临界值时，裂纹便继续扩展。
（2）应力。依据目前国内及国际的施工水平，在球罐的组装过程中总会存在或多或少的强力组对，所以在组装完成后便存在着内应力，这种应力在焊后整体热处理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一个局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变的循环，因此球罐焊接后必然存在残余应力。
（3）组织。焊接热影响区组织中过硬的马氏体含量越多越容易产生冷裂纹。
3、防止产生焊接冷裂纹的措施
（1）尽量选用对冷裂纹不敏感的材料选用内在质量好的母材。即选用碳当量低的优质钢材，尤其是避免母材大型夹渣。所以在球壳板制造前必须对板材进行严格的超声波检查，对有严重夹层等缺陷的钢材不得使用。
（2）尽量减少氢的来源。第一，球罐的焊接选用低氢型焊条，必要时要采用超低氢型的焊条；第二，焊条使用前一定要按产品使用说明进行烘干，并贮存在100～150℃的恒温箱中，在使用时放入保温筒内并随用随取，在保温筒内存放时间不得超过4h，否则要按原烘干温度重新烘干，重复烘干不得超过两次；第三，要彻底去除焊接坡口表面及坡口两侧20mm范围内的油污、水分，、铁锈及其他杂物；第四，不在雨雪天及空气相对湿度大于90%时施焊；第五，采取有效的防风措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔离保护。
（3）选用适当的焊前预热温度和预热范围。适当的预热温度降低了焊缝冷却速度，可使氢更易从焊缝熔池向大气中扩散，减少了焊缝中扩散氢含量，并且可以降低焊接区的温度梯度和焊缝的冷却速度，尽量减少马氏体的含量，减小温差应力。预热温度应通过工艺评定来确定，预热范围一般为坡口两侧三倍球壳板厚度且不小于100mm。当环境温度低时还应增大预热温度和预热范围。对纵缝应整条焊缝同时预热，不能分段预热。
（4）选用适当的后热温度和后热时间。随着焊接层数的增多，焊缝中扩散氢会逐渐积累。因此焊后应立即进行后热，使扩散氢有充分的时间溢出，同时还可以降低焊缝中的残余应力，减少冷裂纹产生的机率。
（5）焊接过程中保持适当的层间温度，适当的层间温度也能延缓焊缝的冷却时间，起到一定的去氢和降低残余应力的作用，层间温度不得低于预热温度下限值。
（6）采用合适的线能量。若焊接线能量过小，焊缝热影响区容易出现淬硬组织，再加上扩散氢的作用，焊缝容易产生冷裂纹；若线能量过大又会使焊缝热影响区的软化区宽度增加，使焊缝缺口的韧性降低，球罐整体的机械性能下降。
焊接缺陷是影响焊接质量最直接的原因，而焊接裂纹作为最难解决的焊接缺陷之一，在焊管生产中时有出现。
焊接裂纹有横向裂纹和纵向裂纹两种，其中纵向裂纹为可见典型裂纹断口，带圆弧的光滑自由面，有时有氧化物，电子探针发现没其他夹杂物。预防措施为：
1冶金因素
控制焊缝中S、P、C含量，是提高抗裂性、减少结晶裂纹的有效措施。在焊管生产中，选择合适的焊丝、焊剂，有效控制其S、P、C含量，使减少焊缝纵向裂纹的有效措施。
2接头坡口形式 合适的焊接坡口是减少焊接裂纹的有效措施，当卷板较厚，板位控制难时会增加裂纹成形几率，提高对头质量，尽量使钢管在成型过程中产生较小的残余应力，能减少结晶裂纹。
3工艺因素
减少热输入，能在焊缝中形成较小晶粒尺寸组织；降低焊接速度，可以使晶粒的端部并列长大挤压在一起，避免偏析集中；此外宽焊缝相对窄焊缝能防止晶粒长大直接鹏在一起，避免偏析集中。
焊接横向裂纹，其走向垂直于焊缝，具有沿晶和穿晶特点，预防措施为：
1冶金方面
1）要保证板材优良的力学性能，保证强度和韧性要求，尽量减少钢中杂质；
2）尽量选用低氢和高强度、高韧性的焊接材料，选用合适的焊丝、焊剂匹配，严格清理焊丝和焊接区域，烘干焊剂。
2工艺方面
1）焊接线能量过大，会使近缝区晶粒粗大；线能量过小，会使热影响区淬硬，这些都导致横向裂纹产生，应选择合适的焊接线能量；
2）预热可降低冷却速度，有效防止横向裂纹产生；
3）焊后延缓冷却可使氢充分逸出，也能防止焊缝横向裂纹产生
焊接是利用加热或加压等手段，使分离的两部分金属，借助于原子的扩散与结合而形成原子间永久性连接的工艺方法。焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊3大类。
焊接方法具有如下优点：
（1）成形方便：焊接方法灵活多样，工艺简便；在制造大型、复杂结构和零件时，可采用铸焊、锻焊方法，化大为小，化复杂为简单，再逐次装配焊接而成。
（2）适应性强：采用相应的焊接方法，不仅可生产微型、大型和复杂的金属构件，也能生产气密性好的高温、高压设备和化工设备；此外，采用焊接方法，还能实现异种金属或非金属的连接。
（3）生产成本低：与铆接相比，焊接结构可节省材料10%～20%，并可减少划线、钻孔、装配等工序。另外，采用焊接结构能够按使用要求选用材料。在结构的不同部位，按强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等要求选用不同材料，具有更好的经济性。
焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。
电弧的构造：焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。
采用直流弧焊机焊接时有正接法与反接法之分，正接是将工件接电源正极，焊条接负极；反接是将工件接电源负极，焊条(或电极)接正极。
用钢焊条焊接工件时，阳极区温度约为2600K，阴极区温度约为2400K，电弧中心区温度最高，可达6000～8000K。
焊条电弧焊时，对焊接电源的基本要求有：（1）具有陡降的特性；
（2）具有一定的空载电压以满足引弧的需要，一般为50～90V；（3）限制适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。短路电流一般不超过工作电流的1.25～2倍。
常用焊接电源的类型有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。
四、焊接冶金过程有何特点？焊接过程中为什么要对焊接区进行有效保护？
焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。因此，焊接熔池可以看成是一座微型冶金炉。但是，焊接冶金过程与一般的冶炼过程不同，主要有以下特点。
（1）冶金温度高：容易造成合金元素的烧损与蒸发；
（2）冶金过程短：焊接时，由于焊接熔池体积小(一般2～3cm3)，冷却速度快，液态停留时间短(熔池从形成到凝固约10s)，各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化学成分不均匀的偏析现象。
（3）冶金条件差：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，极易同金属元素产生化学反应。反应生成的氧化物、氮化物混入焊缝中，使焊缝的力学性能下降；空气中水分分解成氢原子，在焊缝中产生气孔、裂缝等缺陷，会出现“氢脆”现象。上述情况将严重影响焊接质量，因此，必须采取有效措施来保护焊接区，防止周围有害气体侵入金属熔池。
（7）防止强力组对。在球罐组对过程中选用合适的工艺和组装机具，尽量避免强力组对。强力组对将使球罐在焊接前就存在强大的附加内应力，这种内应力在焊后也不可能完全消除。
（8）减小错边和角变形。在错边和角变形存在的部位，曲率发生了突变，所以焊后将会存在强大的残余内应力。
（9）采用合理的焊接顺序。当采用合理的顺序焊接时，整台球罐将同时对称地收缩或膨胀，这样能控制焊接变形，减小焊接残余应力。球罐焊接应遵循先纵缝后环缝，先大坡口后小坡口，先赤道后温带最后极带的原则，而且焊工应对称、均匀施焊。球罐焊缝的打底焊要采用分段退焊法，分段长度为600～700mm。
（10）避免工艺缺陷的产生。咬边、未焊透、长条状夹渣等工艺缺陷部位是应力集中区，这些部位容易产生冷裂纹。
（11）确保封底焊缝的质量，封底焊缝要自上而下焊接，不能采用摆动、为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
3.1控制温度的措施如下：
3.1.1采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中水泥用量；
3.1.2拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
3.1.3热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
3.1.4在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
3.1.5规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；
3.1.6施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。
3.2改善约束条件的措施是：
3.2.1合理地分缝分块；
3.2.2避免基础过大起伏；
3.2.3合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。
此外，改善混凝土的性能提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土心早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就在导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著效果。
加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7—15倍，当内混凝土应力过到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100—200kg/cm.因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与尝试较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数量属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。
挑弧、灭弧的施焊方法
目前，砌体结构的房屋出现各种型式的裂缝，非常常见。其裂缝程度轻重不一，差别很大。轻则影响房屋正常使用和美观，严重的将形成结构安全隐患，甚至发生工程事故。随着住宅商品化的发展，房屋裂缝问题越来越引起人们的关注。
砌体属于脆性材料，裂缝的存在降低了墙体的质量，如整体性、耐久性和抗震性能，同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。特别是随着我国墙改、住房商品化的进展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对建筑物墙体裂缝的控制的要求更为严格。由于建筑物的质量低劣，如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多，建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构，特别是新材料砌体结构的抗裂措施，已成为工程量、国家行政主管部门，以及房屋开发商共同关注的课题。
砖砌体结构裂缝产生的原因
1、温差变形引发的砖砌体裂缝
这类裂缝较典型和普遍的是建筑物(特别是那些纵向较长的)顶层两端内外纵墙上的斜裂缝，其形态呈“八”字或“X”型，且显对称性，但有时仅一端有，轻微者仅在两端1～2个开间内出现，严重者会发展至房屋两端1/3纵长范围内，并由顶层向下几层发展。此类型缝对那种刚性屋面平屋顶、未设变形缝、隔热层的房屋，更易发生。产生的直接原因是混凝土结构屋面的伸缩变形牵引其下砖砌体超过其材料抗拉强度的结果。具体的机理可认为是：在阳光照射下(特别是南方地区)屋面板温度可高达60～70℃，而在其下的砖砌体仅为30～35℃，如此大的温差，加上混凝土线膨胀系数比砖砌体近似大一倍，可计算出砌体中的主拉应力。
2、地基基础不均匀沉降引起的裂缝
一般在建筑物下部，由下往上发展，呈“八”字、倒“八”字、水平及竖缝。当长条形的建筑物中部沉降过大，则在房屋两端由下往上形成正“八”字缝，且首先在窗对角突破；反之，当两端沉降过大，则形成的两端由下往上的倒摪藬字缝，也首先在窗对角突破，还可在底层中部窗台处突破形成由上至下竖缝；当某一端下沉过大时，则在某端形成沉降端高的斜裂缝；当纵横墙交点处沉降过大，则在窗台下角形成上宽下窄的竖缝，有时还有沿窗台下角的水平缝；当外纵墙凹凸设计时，由于一侧的不均匀沉降，还可导致在此处产生水平推力而组成力偶，从而导致此交接处的竖缝。对于不均匀沉降导致的裂缝应以预防为主，即无地质勘察资料严禁做施工图设计，严格按图施工，不得擅自更改、任意处理，根据本地区通病，如能在那些开大窗洞的教学楼底层窗台下设置构造圈梁与地梁构成刚度较大的复合墙梁结构，对防止所述裂缝有明显效果。
3、特殊砌体材料产生的裂缝
如混凝土小型空心砌块、灰砂砖等的砌体，前者致裂的主要原因是竖缝砂浆难以饱满以及特殊的构造要求未能跟上。后者一般使用南方地区蒸压灰砂砖，由于其本身对温差敏感、表面光滑等特殊性，虽然外观、尺寸指标均较好，但在实际使用中对严格的灰砂砖砌体施工规程不熟悉，缺少使用经验，导致除存在粘土砖常见裂缝外，还常见在较长墙段中及外墙窗台下的竖斜裂缝。
其机理可以认为：
1、刚出厂的灰砂砖稳定性差。灰砂砖主要由细砂和石灰组成，蒸压养护后，一般不到一周即已出厂，但根据生产经验，灰砂砖在出厂的一月内其释放的热量较大，存在着反复的化学反应过程，而且实际上一时难以完全反应，因此，体积极不稳定。
在几台600MW及以下火力发电机组的过热器及末级再热器T91钢小管的焊接施工中, 不同程度的产生了焊接微裂纹, 在机组试运行中导致焊缝泄漏, 停炉等。因此要分析原因, 制定防治措施, 减少因微裂纹导致焊口泄漏造成停炉现象的发生。
2 焊接微裂纹产生原因的分析
经过焊接业技术人员、质检人员、施焊焊工以及与其他出现过此类问题现场的焊接管理人员沟通, 对T91小径管焊接时产生微裂纹的原因进行了分析, 并通过现场实际操作过程的跟踪监控, 对可能促使焊接微裂纹产生的原因进行了可控程度的分析和逐一确认, 其中一部分原因可以在施工前和焊接过程中容易消除和控制, 最终确定焊接微裂纹产生的主要原因为以下几点:⑴母材可焊性差, 焊接工艺要求高;⑵测温不及时或测温仪不准确;⑶无预热或预热不均匀;⑷热处理不及时、规范;⑸突然停电施工中断。
3 针对产生原因采取的防治措施
3.1 母材可焊性差, 焊接工艺要求高
3.1.1 T91钢材的淬硬性大大高于常用的铬钼钢, 焊接时, 一方面必须严格控制扩散氢的含量, 另一方面, 需减缓焊接时焊缝的冷却速度, 而焊前预热是控制扩散氢含量及减缓焊接时焊缝的冷却速度的最有效的措施, 因此, 焊前必须进行预热。
3.1.2 为了充分保证下一道焊缝焊接前, 上一道焊缝已转变为马氏体组织, 以利下一道焊接时, 能对上一道焊缝进行部分回火, 达到改善马氏体组织的焊缝的性能, 因此, 要严格限制层间温度。
3.1.3 打底焊焊前对每个焊口必须按照要求进行100~150℃的预热, 预热温度试验室人员用远红外测温仪进行全程跟踪。
3.1.4 使用远红外测温仪控制层间温度在200~300之间。
T91钢的MS点转变温度在380℃左右, 层间温度选在200~300℃, 即MS点温度附近, 既能保怔高温停留时间短, 又能使马氏体转变时冷速缓慢, 并形成自回火马氏体, 解决了既要采用小参数, 又不能让焊缝冷速太快的矛盾。从手工操作上讲, 该种钢在300℃左右的温度下, 有最佳的操作性能, 熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
3.1.5 在焊接时一定要采用“小规范”焊接, 小电流快速焊, 电流的大小, 焊接的速度一定要相互配合好, 从而使焊接时输入的热量适当减少。
3.1.6 在焊接时不要一气呵成, 这样容易产生焊缝背面“氧化”甚至“过烧”, 在打完底后要等焊缝冷却到预热温度后再进行盖面焊接, 即至少两遍成形, 焊接质量管理人员对此一定要监督到位。
3.1.7 焊接施工前按照焊接工艺评定书编制焊接工艺卡, 施焊焊工人手一份, 焊接时严格按照给定的参数进行焊接。
3.1.8 焊前对有资格的焊工进行模拟练习, 选择操作手法最熟练的焊工进行焊接工作, 以减少由于操作手法不熟而产生的缺陷。
由于T91熔融金属的流动性差, 且焊接位置为全位置, 因此, 焊工需严格按下述要求操作, 通过调整焊接参数, 运用好单面焊双面成形操作技术, 使焊缝得到良好成形: (1) 在时钟6点位置, 焊缝处于仰位, 熔滴下挂, 操作不当时, 内侧焊缝极易产生内凹.因此焊工操作时, 应采用电流上限, 利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形, 避免焊缝产生内凹; (2) 从时钟6点向时钟9点过渡区位置, 处于仰位向立位过渡区, 熔滴下挂, 操作不当时, 内侧焊缝易产生内凹.因此焊工操作时, 应采用电流上限, 施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状, 利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形, 避免焊缝产生内凹; (3) 在时钟12点及附近位置, 焊缝处于平位, 熔滴下挂, 内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤;因此焊工操作时, 应采用电流下限, 施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状, 利用熔滴重力进行焊缝成形避免焊缝内侧产生焊瘤。
3.2 测温不及时或测温不准确
3.2.1 定期对远红外测温仪进行计量校验, 保证使用的精确度。
3.2.2 试验室派专人进行焊前预热及层间温度的测量监控工作, 测温人员一定要及时到位。
3.2.3 焊接过程中对温度的控制尤为重要, 全过程使用远红外
测温仪对层间温度进行准确监控, 以防输入热量过多, 层间超温产生焊缝过烧现象。
3.2.4 焊接技术及质检人员随时对测温过程和记录进行监督和检查, 保证测温的及时性、准确性、连续性。
3.3 无预热或预热不均匀采取的防治措施
3.3.1 焊接施工前焊接技术员提前通知试验室, 预热人员事先在焊接施工部位做好预热准备。
3.3.2 所有焊口焊前必须及时预热, 并使用测温仪监控预热的均匀性, 减少温度应力的产生。
3.3.3 质检员、技术员、班长要随时对焊前是否预热和预热的均匀性进行现场监督检查。
3.3.4 焊工对未预热的管子对口不允许进行焊接施工, 否则给与严重处罚。
3.4 热处理不及时、规范
3.4.1 焊后焊接技术员要立即委托试验室进行热处理工作。
3.4.2 在施工前按照焊接工艺评定书编制好热处理工艺卡, 热处理人员必须严格按照热处理工艺卡规范进行焊口焊后热处理, 以减少或消除焊后组织内部应力, 保证焊缝组织性能。
3.4.3 热处理的加热温度不够, 恒温时间短, 升降温速度过快都会使组织不能完全正确转变, 降温过快会出现脆硬组织, 加热时间长或超温处理组织性能会变得低下, 容易产生缺陷。
3.4.4 焊后及时进行热处理, 以便于尽快地改善焊缝组织结构, 热处理保温时间的适当延长, 有利于焊接接头常温冲击韧度的提高, 降低裂纹产生机率。
3.4.5 当焊口焊接完毕, T91钢小径管焊接接头可冷却至室温或100~120℃时, 应及时进行焊后热处理, 焊后热处理的生、降温速度以≤150℃/h为宜, 降温至300℃以下时, 可不控制, 在保温层内冷却至室温。
3.4.6 热处理温度为760℃±10℃, 恒温时间:按壁厚每毫米5分钟计算, 且不小于0.5小时。
3.5 突然停电施工中断
3.5.1 在老厂至施工地点设置一条施工备用电源线, 以防突然停电造成施工中断, 保证施焊的连续性。
3.5.2 焊前准备好氧气、乙炔加热工具, 以备突然停电时进行手工加热保温, 防止温度降低过快使焊缝产生缺陷。
3.5.3 准备一台满足加热及焊接功率的柴油发电机, 以备全厂停电时及时供应电源。
4 结束语
在伊敏电厂三期工程6号机组焊接施工中, 我们严格按照所制定的措施进行施工, 经过无损探伤检测未发现T91焊口有焊接微裂纹产生, 机组在锅炉水压试验及试运行阶段此类焊口无泄漏现象发生。
摘要：通过对几台600MW及以下火力发电机组T91小径管焊接微裂纹产生原因的分析, 阐述了T91钢小径管焊接微裂纹的防治措施。
1 裂纹产生原因
导致集装箱装卸桥金属结构件在使用过程中产生裂纹的原因主要有超负荷工作、年久失修、设计制造和材料缺陷以及焊接工艺不成熟等。常见裂纹主要出现在焊缝及热影响区、结构应力集中处等。在天津港集装箱码头日常巡检中发现，多台集装箱装卸桥的大车平衡梁销轴下方出现长6～裂纹（见图1）。该部位受力状况较复杂，既要承受起升载荷和自重载荷引起的弯曲应力和剪切应力，又要承受大车侧向载荷、大车制动惯性载荷和风载荷等作用力;因此，该部位局部合成应力较大，加之受其结构影响易产生应力集中情况，其焊缝和母材极易形成疲劳损坏。
1.1 设计方面
天津港集装箱码头产生裂纹的集装箱装卸桥是于2001―2003年采购的，其大车平衡梁设计主要为销轴连接方式和整张钢板安装方式（见图2），这两种方式均会导致大车平衡梁出现裂纹。相比之下，于2006年采购的集装箱装卸桥的大车平衡梁的结构设计与整张钢板安装方式完全一致，只是尺寸有所减小，钢板厚度由变为，其在使用中却未出现裂纹情况。由此可见，集装箱装卸桥大车平衡梁设计和型材选择对裂纹的产生具有一定影响。
1.2 使用方面
（1）天津港集装箱码头集装箱装卸桥的使用率较高，且随着近年来内贸集装箱货量的提升，内贸集装箱超载情况时有发生，这造成集装箱装卸桥经常超负荷作业，埋下大车平衡梁产生裂纹的隐患。
（2）集装箱装卸桥带故障运行（如在大车啃轨现象严重的情况下仍继续运行），使上平衡梁处产生较大扭矩，这也是导致裂纹产生的原因之一。
2 裂纹修复方案
2.1 销轴连接方式下的裂纹修复方案
在集装箱装卸桥大车平衡梁销轴连接方式下，由于出现裂纹的板材与销轴耳板焊接，故可采用添加加强筋的方法来提高平衡梁强度（见图3），具体修复工艺如下。
（1）释放上平衡梁和下平衡梁载荷，并设置保护支撑，防止集装箱装卸桥倾覆。
（2）用碳刨方法清除裂纹，碳刨区域向裂纹两端各延长，以保证裂纹被彻底清除。
（3）碳刨表面打磨光滑。
（4）采用J-508电焊条进行手工电弧焊焊接。
（5）焊接后对修补区域进行热处理，最低温度为230℃，最高温度为315℃。焊缝最短加热时间按其距离表面深度计算，每加热1 h。
（6）打磨现有焊缝，打磨范围大于120€啊O群附又屑？根加强筋，打磨光滑后，再焊接两侧4根加强筋，并对之进行打磨及磁粉或渗透检测。
2.2 整张钢板安装方式下的裂纹修复方案
在集装箱装卸桥大车平衡梁整张钢板安装方式下，由于出现裂纹的板材采用整张钢板安装方式，故采用重新焊接加强板并添加预张力杆的方法来提高平衡梁强度（见图4），具体修复工艺如下。
（1）释放上平衡梁和下平衡梁载荷，并设置保护支撑，防止集装箱装卸桥倾覆。
（2）用碳刨方法清除裂纹，碳刨区域向裂纹两端各延长50 cm，以保证裂纹被彻底清除。
（3）碳刨表面打磨光滑。
（4）采用J-508电焊条进行手工电弧焊焊接。
（5）焊接后对修补区域进行热处理，最低温度为230℃，最高温度为315℃。焊缝最短加热时间按其距离表面深度计算，每加热。
（6）重新铺设并焊接加强板，对之进行保温处理后，利用千斤顶施加作用力，添加预张力杆，以提高其强度。
3 裂纹预防措施
（1）及时调整集装箱装卸桥大车制动器的制动力矩，制动距离应符合国家标准;加长限位安全尺，增加限位有效距离。
（2）缓冲器的选型匹配应合理。
（3）对于使用率较高的设备，应加强其动载、静载应力检测，以便及时发现问题。
（4）在设备使用过程中，应加强设备的日常巡检工作。
（编辑：谢尘 收稿日期：2014-09-18）
1 弧坑裂纹的特点
1.1弧坑裂纹都产生在焊缝收弧处, 其类型一般如图1、2、3所示。
1.2外观特征:裂纹有的可用肉眼看到 (一般经过磁粉探伤就清晰可见) , 有的在x射线底片上看到, 其形状有明显的锯齿状, 也常有不明显锯齿状, 但有较粗长的影像。
1.3产生的时间:这种裂纹是在焊缝凝固过程中产生, 并且在凝固后的冷却过程中, 还有可能继续发展。它的发生和发展都处在高温下, 从时间上来说是处在焊接过程中, 属于热裂纹的一种。
2 收弧处产生裂纹的原因及措施
(1) 焊接过程中, 当焊缝金属处于熔融状态时, 就焊接熔池而言, 由于热膨胀焊缝金属及其相毗邻的高温下的母材受到周围处于“冷”态金属给予的压应力作用, 随着结晶冷却, 收缩焊缝金属逐渐从受压应力转为受拉应力状态。如果此时构件抗形变能力较低, 在焊缝的中心部位容易产生裂纹。而对于这些容器, 其直径较小, 抗形变的能力相对较低, 因而易产生裂纹。
(2) 对整条焊缝形成而言, 当起弧焊接时必将引起板的挠曲, 其表现为收弧处对接间隙增大。随着焊缝的形成, 为满足平衡条件必然在收弧处产生拉应力, 因而易产生裂纹。
(3) 焊缝金属从液相到固相的冷却过程中, 一般来说, 在液态金属中由于扩散容易, 化学成份均匀性问题可以得到解决。但是在固相晶体中, 由于扩散困难, 不易达到平衡条件所要求的化学成份的均匀性, 这样导致了元素的偏析。在实际冷却中, 如果冷速过大就会加重这种结晶偏析, 从而其结晶裂纹倾向增加, 易产生裂纹。
(4) 在焊缝形成过程中, 杂质及低溶组分被冲积到收弧处, 在凝固中柱状晶体交遇于中心部位时, 杂质及低溶组分被堆集于该处, 使得晶粒与晶粒之同的结合力大为减弱。
(5) 焊缝金属凝固期间由于热胀冷缩存在较大的拉应力, 被拉开的缝隙没有足够的液态金属来填充, 因此产生弧坑裂纹。热裂纹特征:热裂纹经常发在焊缝中及热响区, 裂纹有纵向裂纹, 横向裂纹, 焊缝上的裂纹常常沿焊缝的轴向分布, 弧坑裂纹有纵向、横向及星状几种。冷裂纹一般是指焊接时在A3以下温度冷却过程中或冷却至室温以后所产生的裂纹, 形成裂纹的温度通常在马氏体转变温度范围内, 约为200-300度或其以下, 故称冷裂纹。冷裂纹有些在焊接后即出现, 有些则在几小时, 几天, 几周甚至更长的时间以后才产生, 故又称延迟裂纹, 具有延迟性质的裂纹, 会造成预料不到的重大事故, 因此, 比一般裂纹具有更大的危险性, 必须充分重视。冷裂纹一仅在焊接低合金钢、中碳钢等易淬火钢时容易产生, 而且也会在焊接钛合金及铝合金时产生, 而低碳钢和奥氏全型不锈钢在焊接时遇到较少。
从上述分析可以看出弧坑裂纹是热裂纹的一种, 这是由于焊接工艺不当而造成的, 因而对薄壁容器焊接应采取如下措施加以避免:
(1) 由于弧坑裂纹是因为断弧时溶池中心是在没有热源的条件下凝固, 在冷却时产生了较大冷却速度。因此在焊接弧处焊缝时不要采用过高的焊接速度, 在收弧时采用收弧板并逐渐断弧, 以降低冷速。
(2) 可进行预热能减小焊接熔池的冷却速度, 降低焊接应力。随着母材含碳量或碳当量的增加, 应适当增高预热温度。
(3) 由于在收弧处杂质及低溶组分聚集在该处加之溶池搅拌不强烈等综合因素形成所谓的“脆断面”。为减少这种影响在焊接工艺上, 应使该处溶池变得宽而浅, 采用适当的焊接坡口和焊接方法, 提高焊缝成形系数。同时严格控制母材和焊材中S、P等有害元素的含量, 应选用含锰、硅量较高的焊材、焊剂来避免在焊缝中心部位聚集较多的低溶共晶杂质, 减少焊缝的裂纹倾向。
(4) 由于收弧处焊缝金属凝固过程处于拉应力状态, 而拉应力又是产生此裂纹的外因。因此可采用预应力办法, 即在收弧处施加预压应力;或者选择合理的焊接顺序和焊接方向, 即在双面焊时采取筒体内焊缝和外焊缝施焊方向相反;以减少收弧处的拉应力, 防止裂纹的产生。
(5) 对于壁厚较大的设备应采用多层焊, 这样既对之前的焊接的焊缝进行了焊后热处理, 也对之后的焊接进行了预热, 可有效降低冷却速度, 减少拉应力。
总之, 为了减少设备的弧坑裂纹, 应对容器制造过程中的焊接工艺进行进一步优化, 以防止容器焊缝收弧裂纹的产生, 同时对在用容器的定期检验也应重点检验收弧处焊缝, 以消除制造过程中遗留下的这类裂纹, 防止生产中断及事故的发生。
参考文献
[1]压力容器安全操作技术.
[2]焊工培训教材.
