摘要：分析了转向架侧梁小件异种钢焊接缺陷的定义，分类，在焊接中缺陷形成的条件，缺陷影响和缺陷修复。涉及焊接应力与变形，接头性能变化，各类裂纹和气孔等。重点分析了各种影响因素的作用，强调缺陷形成的有关基本概念。异种金属焊接如果存在焊接缺陷，将直接影响到产品的质量和性能，因此，采取措施，避免焊接缺陷。
关键词：异种钢焊接，焊接缺陷，工艺措施
一、侧梁小件异种钢焊接缺陷概述
1.1异种钢焊接接缺陷定义
异种钢焊接缺陷是指焊接过程中在焊接接头上产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。
转向架侧梁小件异种钢焊接缺陷的产生原因十分复杂，既有冶金因素，也有工艺因素，还有应力因素。有时环境因素影响也很大。因此，异种钢焊接缺陷各种类较多。
1.2异种钢焊接缺陷基本上可以分为三类
（1）宏观缺陷
通常异种钢焊接的宏观缺陷形式可以分为咬边，焊瘤，凹陷，烧穿，裂纹等。
（2）内部缺陷
异种钢焊接结构的内部缺陷是指，通过目测，观察不到内部焊接处的结构，需要借助特定的设备来获得缺陷类型，这类结构内部缺陷主要包括：内部未熔合，夹渣，裂纹，气孔等。
（3）微观缺陷
异种钢焊接结构的缺陷表现为，焊接形成的热循环造成的非自然流通，最后使的微观组织出现异常和化学融合不均匀，具体分为过热，过烧，组织成分和化学成分等的不均匀的现象。
二．侧梁小件异种钢常见的焊接缺陷
2.1气孔：在熔化焊接过程中，异种钢焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔等，特别是在手工电弧焊中，由于冶金过程进行时问很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊锋金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。
2.2夹渣与夹杂物：异种钢熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、疏，化物等）以及熔渣，由于异种钢焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。
2.3裂纹：异种钢焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。
（1）侧梁小件异种钢焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热彭胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与异种钢焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且异种钢焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。
（2）裂纹可能发生在异种钢焊缝金属内部或外部，或者在异种钢焊缝附近的母材热影响区内，或者位于母材与焊缝交界处等等。根据异种钢焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下几类：
2.3.1热裂纹：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中。主要发生在晶界上，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析。冷热不均以及焊条（填充金属）或母村中的硫含量过高有关。
2.3.2冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹。或焊完后经过一段时间才出现的袋纹（这种冷裂纹称为延迟裂纹）。冷裂纹多出现在焊道与母材熔台线附近的热影响区中，其取向多与熔合线平行，但也有与焊道轴线呈纵向或横向的冷裂纹。冷裂纹多为穿晶裂纹，其因与焊道热影区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化，及组织转变时产生的应力而开裂。或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态，进入金属的细微孔隙中时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂（称为氢脆裂纹），以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高等因素有关。
2.3.3再热裂效：异种钢焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热（例如为消除焊接应力而采取的热处理成或其他加热过程，以及返修补焊等）时有可能产生的裂纹，多发生在焊接热过区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关。
三．侧梁异种钢焊接缺陷原因分析
3.1产生气孔的原因
（1）因异种钢焊接熔池温度低，熔池存在时间短，气体未能在有效时间内逸出，这种情况主要与焊接规范等因素有关。
（2）由于运条角度不适当，影响了电弧气体的保护作用，或操作不熟练，不稳以及沿熔池前坡口间隙方向灭弧都会导致产生气孔。
（3）采用直击法引弧很容易将焊条引弧端药皮撞掉，使熔滴失去或减少电弧气体保护作用。引起焊缝产生气孔，此外，在焊条引弧端的粘接处，也会产生密集的气孔。
3.2产生夹渣的原因
（1）手工电弧焊时。由于运条角度。或操作不当。使熔渣和熔池金属不能良好地分离。
（2）由于焊条药皮受潮：药皮开裂或变质，药皮或脱落进入熔池又未能充分熔化或反应不完全，使熔渣不能浮出熔池表面。而形成夹渣。
（3）焊缝表面未清理干净，或清理不彻底，焊接时熔渣未能熔化从而形成夹渣。
3.3产生裂纹的原因
由于异种钢焊接不同裂缝的产生原因和形成机理不同，就将裂纹分成三类：热裂缝、冷裂缝和再热裂缝。
（1）热裂纹
异种钢热裂纹一般是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹。
由于异种钢焊接时熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析，凝固以后强度也较低，当异种钢焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，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，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区裂缝。总之，热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
（2）冷裂纹
冷裂缝一般是指焊缝在冷却过程中至A3温度以下所产生裂缝。形成裂缝的温度通常为300~200℃以下，在马氏体转变温度范围内，故称冷裂纹。
冷裂纹可以在侧梁异种钢焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故称为延迟裂纹。由于冷裂纹的产生与氢有关，也称氢裂纹。冷裂纹的产生具有延迟性质，有可能造成预料不到的严重事故。因此，它具有更大的危险性，必须充分重视。
形成冷裂纹的基本条件是：焊接接头形成淬硬组织；扩散氢的存在和浓集；存在着较大的焊接拉伸应力。这三个条件相互影响，相互促进。在不同情况下，三者中任何一个因素都可能导致冷裂纹的产生，其中扩散氢是诱发冷裂纹的最活跃的因素。
（3）再热裂纹产生原因
产生再热裂缝的原因，一般认为是在再加热时，第一次热过程中过饱和固溶的碳化物（主要是钒、钼的碳化物）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。当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就形成再热裂缝。
四.侧梁异种钢焊接缺陷防止措施
4.1防止产生气孔措施
（1）在侧梁异种钢焊接时，选则合适的焊接规范，缩短灭弧停歇的时间，灭弧后，当熔池尚未全部凝固时。就及时再引弧给送熔滴，击穿焊接。
（2）输送熔敷金属不要太多，使熔池的液态金属保持较薄，利于气体的逸出。
（3）运条角度要适当，操作应熟练，不要将熔渣拖离熔池，要换焊条后采用划擦法引弧，用短弧焊接。
4.2夹渣
（1）在侧梁异种钢焊接时，注意适当的运条角度，操作应熟练，使熔渣和液态金属良好地分离。
（2）遇到焊条药皮成块脱落时，必须停止焊接，查明原因并更换焊条。
（3）打底层或中间层焊道成形控制均匀，圆滑过渡，接头或焊瘤应该用砂轮磨掉。
4.3裂纹防止措施
4.3.1 防止热裂纹的措施
侧梁异种钢焊接时防止产生热裂缝的措施，可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。
（1）限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素及有害杂质的含量。特别应控制硫、磷等杂质元素的含量和降低含碳量。
（2）硫几乎不溶于钢，它与铁生成低熔点的硫化铁。异种钢焊接时，硫化铁的存在会导致焊缝热裂纹和在热影响区出现液化裂缝，使焊接性能变坏；同对硫以薄膜形式存在于晶界，会使钢的塑性和韧性下降。一般用于焊接的钢材中硫含量应不于0.045%。有时还需要更严格的控制。
（3）磷会使钢的塑性和韧性下降，提髙钢的脆性转变温度，并使焊缝和热影响区产生裂缝。磷含量应不大于0.055%。有时还需要更严格的控制。
（4）材料的焊接性能与含碳量密切相关。钢材含碳量越髙，焊接性能变差。一般认为，焊缝中碳含量控制在0.10 %以下，热裂缝敏感性可大大降低。
（5）调整焊缝金属的化学成份，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的有害影响。
（6）控制焊接规范，适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析，可防止中心线裂缝，焊接时，单道焊缝截面上焊缝宽度与焊缝厚度的比值叫焊缝的形状系数或焊缝成形系数。当焊缝的形状系数过小时，焊缝窄而深，低熔点杂质会聚集在焊缝中心，产生热裂缝的可能性大大增加，当焊缝的形状系数较大时，焊缝宽而浅，低熔点共晶和杂质聚集在焊缝近表面区，大大降低了中心线裂缝的倾向。
（7）采取降低焊接应力工艺措施：采取各种降低焊接应力的工艺措施，如采用合理的焊接顺序和方法、釆用较小的焊接线能量、整体预热和锤击法等。收弧时填满弧坑，可避免产生弧坑裂缝。
4.3.2冷裂纹防止措施
（1）在侧梁异种钢焊接时，焊条和焊剂在使用之前应严格按照规定的要求进行烘干。此外，还应仔细清理坡口，去除油污、水份和锈斑等赃物，以减少氢的来源。
（2）选择合理的焊接规范和线能量，如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷等，改善焊缝及热影响区组织状态。
（3）焊后及时进行热处理。一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性；二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。
4.3.3再热裂纹防治措施
（1）减小残余应力和应力集中，如提高预热温度、焊后缓冷、使焊缝与母材平滑过渡等。
（2）在满足设计要求的前提下，选择适当的焊接材料，使焊缝金属的高温强度稍低于母材，让应力在焊缝中松弛，可避免在热影响区产生裂缝。
（3）在保证室温接头强度的情况下，提高消除应力退火温度，致使析出比较粗大的碳化物粒子，以改善高温延性。
结论
焊接缺陷是造成焊件无法达到母村性质的原因，缺陷的形成随着使用的材料、接头方式或焊接方法，了解缺陷形成的原因有助于焊接者选用恰当的材料，快定最佳的接头设计和拟定合适的焊按方法与程序来提高焊件品质。可以有效的防止焊接缺陷的产生。
论文作者:徐岸兵,曹刚,檀有虎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：裂纹论文; 异种论文; 缺陷论文; 应力论文; 裂缝论文; 熔池论文; 气孔论文; 《基层建设》2019年第18期论文;