浅谈厚板焊接裂纹返修技术
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摘要：厚板焊接由于其存在热量大、拘束大、温差变化大等因素，不可避免会产生焊接裂纹，如何防止及返修是必须面对的一个问题。
关键词：厚板焊接；焊接裂纹；裂纹返修技术；热裂纹；冷裂纹
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）24-0051-02
1 焊接裂纹
焊接过程是在不平衡的热力学条件下进行的，这一特点使焊接接头金属具有一系列化学的、物理的以及组织的不均匀性。在焊接状态下，从结晶高温冷却到低温，由于任何裂纹的产生总是与上述的这些不均匀性有密切关系，因此可以从分析裂纹产生因素来得出裂纹的形态。
根据裂纹产生的条件与形态，将裂纹分为两大类：热裂纹和冷裂纹。热裂纹系列的共性是具有沿奥氏体晶界开裂的特征，与由高温下的扩散行为与晶界区的形变所控制，或者由晶界液化状态所控制的晶界弱给有本质联系；冷裂纹系列决定于应力状态、氢的活动与材料的塑性储备三者之间的交互作用，在焊缝金属中这种裂纹以穿晶形态发展，在母材近缝区金属中，这种裂纹以沿晶与穿晶混合断裂形态发展。
在一定条件下，各类裂纹之间具有某种相互依存的关系，一般情况下，在较高温度下产生的或先产生的裂缝，由于应力集中，在一定条件下都将成为在较低温度下产生裂纹的根源，因此在焊接接头金属中实际产生的裂纹，都有可能是按不同机理产生的裂纹依次促成扩展的结果，所以对裂纹应进行完整的、全面的分析才能定性。
2 厚板焊接产生裂纹的机理
厚板焊接产品采用钢材主要为碳素结构钢和低合金结构钢，属于强度等级不太高、塑性较好的焊缝金属，它们是在氢实际不起多大作用的情况下，由加热与冷却不均匀所导致的不均匀应变与由于刚性固定，收缩应变在缺口处的应力集中所引起的应力状态，当收缩应变量足够大或者应变集中到发生的应变量超出金属的形变能力的情况下就会产生焊接裂纹。
根据裂纹形成的三大要素分析，产生厚板焊接裂纹可以认定为冷裂纹，其主要原因不在于钢材的化学成分和淬硬倾向，而是产品中的拘束力的影响，即应力集中。在拘束力作用下，通过以下途径形成裂纹：
（1）定位焊缝开裂后没有清理干净，在正式焊缝中扩展。
（2）存在强制装配、装配质量不符合要求，母材中含S、P等杂质含量偏高。
（3）经过多次返修的部位，因多次收缩，周围金属的塑性达到了极限。
（4）埋弧焊焊接时终端引熄弧板尺寸较小，产生晶粒粗大继而引发热裂纹延伸至产品。
（5）焊条未按工艺烘干，焊件坡口有油、水等污物，在焊缝形成过程中形成氢聚集在应力集中部位。
3 裂纹的分布形式
对裂纹分布形式的分析，对返修工作起到事半功倍的效果。一般厚板裂纹的常见形式归纳为以下四种：
（1）单向单面裂纹：指方向一致的一条或数条分布于焊缝一侧的裂纹。
（2）单向双面裂纹：指方向一致的一条或数条贯穿于焊缝厚度内的裂纹。
（3）多向单面裂纹：指数条方向各异且分布于焊缝一侧的裂纹。
（4）多向双面裂纹：指数条方向各异且贯穿于焊缝厚度内的裂纹。
4 厚板焊缝裂纹返修的一般步骤
（1）返修前，用超声波探伤重新复探一次，准确定位裂纹的具置和大小，以防裂纹扩展后漏返，并根据探伤结果，编制“焊缝返修工艺卡”，并向返修焊工详细交代。
（2）按返修工艺卡要求进行预热，控制好层间温度，气刨前和焊接前均应以裂纹所在区域为中心，在一定半径范围外加热，切不可在裂纹区域内加热，以防止裂纹扩展。
（3）采用碳弧气刨开止裂槽。
（4）采用碳弧气刨清除裂纹区域。
（5）打磨清理氧化皮等。
（6）低氢型焊条电弧焊焊接。
（7）焊后进行后热和保温处理。
（8）返修后48小时重新用超声波探伤进行复查。
5 厚板焊接裂纹返修要点
（1）开止裂槽的方法：如是单向裂纹，先在裂纹两端头以外10～15㎜区域气刨至超过裂纹深度；如是多向裂纹，则在裂纹区域外四周10～15㎜刨槽至超过裂纹深度。
（2）气刨顺序：根据裂纹沿焊缝厚度方向分布情况，确定采用单面气刨还是双面气刨。
当裂纹靠近焊缝表面的深度不超过焊缝厚度的2/3时，可采用单面气刨，其刨槽深度要比裂纹最大深度大10㎜；双面裂纹，即裂纹贯穿焊缝时，采用双面碳弧气刨，第一面气刨深度为焊缝深度的2/3，该面焊好后气刨反面，其气刨深度应大于焊缝厚度的1/2。
（3）修补焊道的布置：单向裂纹的刨槽多为线条型，可采用多层单道焊焊接技术；多向裂纹的刨槽面积一般较大，应采用多层多道焊，焊接时注意层道间焊接接头要错开，每焊一道要仔细确认无缺陷后再行施焊，并注意先从刨槽两边逐步施焊，规则地堆焊至焊缝表面，最后施焊中间焊缝，将两边连接起来，形成完整的返修焊缝。
（4）双面裂纹返修焊时。一面返修好后，及时进行背面的返修焊接，最好是正面返修焊至一定深度后，就着手气刨背面，以防裂纹向焊缝及母材中扩散。
6 结语
总的来说，厚板焊接裂纹返修时注意工艺规范，采取适当工艺措施是可以获得很好的返修效果的。
作者简介：吕吉生（1966—），男，浙江诸暨人，机械工业苏州培训中心工程师，研究方向：机械（焊接）。