焊接弧坑缺陷的控制

杨占旭

摘要：焊接结束时，在焊缝末端经常会出现弧坑裂纹和缩孔，特别是焊接合金结构钢零件，如集装箱角柱等R角焊接件尤为严重。有些弧坑裂纹肉眼虽然看不见，但磁粉探伤后即被显示出来。这种弧坑裂纹是不允许存在的，必须在弧坑处采用机械方法挖掉裂纹，然后予以补焊和检验。

关键词：弧坑裂纹成因控制

前言

弧坑是一种较为常见的焊缝外部缺陷，主要出现于焊缝末端或焊缝接头处，集装箱主要承重结构件角柱，在R角处收弧就易出现该缺陷，分析其缺陷的成因，针对性的采取有效的预防措施，对提高此处焊接质量极为重要。

在弧坑形成的凹陷表面，常常会发现其内藏有气孔、夹渣或微小裂纹等。焊缝结尾处的弧坑，往往使该处焊缝强度严重减弱，同时在冷却过程中容易产生弧坑裂纹。例如，集装箱角柱对接焊缝R角弧坑处，就易产生上述缺陷。见图1

图1

一、产生弧坑裂纹的因素及其特征

弧坑裂纹是在焊缝结晶（即焊接熔池结晶）过程产生的。因熔池由液相转变为固相时，在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，由于焊接是一个对局部不均匀加热和冷却的过程，焊后不可避免要产生焊接应力，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生裂纹。从裂纹走向看，属于焊缝中的纵向裂纹。

产生裂纹需满足两个因素：①液态薄膜②拉伸应力液态薄膜—根本原因

拉伸应力—必要条件

金属结晶时，先结晶的金属较纯，熔点较高，而后结晶的金属则含有较多的杂质，如S、P等这些杂质有较低的熔点，且对裂纹敏感，在金属结晶过程中往往被挤到最后结晶的焊缝中，形成“液态薄膜”，而此处结构疏松，受到拉伸应力的作用，往往从该处开裂，产生焊缝收弧中心的弧坑裂纹。在焊接过程中，焊缝金属与焊接热量得到连续不断地补充，因此不可能产生弧坑裂纹。而当焊缝处于最后结晶阶段，即收弧处焊接时，焊缝金属及热量得不到补充，温度骤然降低，金属结晶过程不平衡加剧，导致裂纹产生。

图2，TB—称为脆性温度区，在此区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属,TB

小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属TB大，产生裂纹的倾向也大。产生裂纹的条件，当在脆性温度区焊缝所承受的拉伸应力所产生的变形大于焊缝金属所具有的塑性时产生裂纹即高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生塑性应变量。脆性温度区间大小,TB大，拉应力作用时间长，产生裂纹可能性大，而最终产生裂纹，决定于焊缝化学成分，杂质性质与分布，晶粒大小。

图2

综上所述，产生裂纹的条件是冶金因素（液态薄膜）和力（金属内应力）共同作用，二者缺一不可。

裂纹特征，从宏观看，主要沿焊缝的轴向成纵向分布，裂口均有氧化色彩表面无光泽；微观看，沿晶粒边界分布，属于沿晶断裂性质。如图3。

图3

二、现场原因分析

根据弧坑裂纹产生的原因及现场工况分析，主要原因如下：

a)原材料和焊材。现场焊接使用的钢材SPA-H及角件SCW480均为集装箱常用且成熟的原材料，且经复检，S、P杂质成分含量在标准控制内；现场使用焊材为进口SM-70，经成分复验，满足标准要求。因此钢材和焊材不是弧坑裂纹形成的影响因素；

b)焊缝冷却速度过快是增大产生弧坑裂纹的可能性因素；

c)收弧的控制。收弧过快，熔池里的气体来不及逸出，留在弧坑内形成气孔，一些非金属杂物来不及浮出，残留在焊缝内形成夹渣，这种夹渣可能产生弧坑处裂纹。

三、缺陷的预防及控制

a)冶金方面，减少焊缝金属内S、P等有害杂质；改善焊缝金属一次结晶，细化晶粒；

b)工艺方面，选择适当的焊接规范；

c)控制焊缝形状，当遇焊缝需要接头时，可趁弧坑还曾红热状态，迅速起弧连接，以消除弧坑中可能出现的缺陷。这种方法不但接头圆滑、平整而且缺陷较少。

d)收弧动作的控制。提高焊工操作技能，收弧焊接结束或中断时，可以采取衰减收弧法，并注意适当增加熔滴，填满弧坑，避免产生弧坑裂纹；对重要构件焊缝，必须采用引弧板和收弧板，将弧坑引出工件外。

e)余高过高的焊缝接头进行打磨，消除潜在的弧坑裂纹。结语

经过详细的分析和工艺措施设计，在实际操作中，能够很好的控制弧坑缺陷的产生，在集装箱角柱焊接中，基本杜绝弧坑裂纹缺陷。实践证明，有效地工艺措施，是保证焊接质量的前提。

参考文献:

[1]张文钺.焊接冶金学.机械工业出版社.

[2]沈其文.金属焊接技术禁忌.机械工业出版社.

[3]中国船级社.材料与焊接规范2009.人民交通大学出版社.