工程機械常見焊接件開裂與修復技術方法，好好收藏

焊接件是各類工程機械設備結構中的重要組成部分。在施工作業過程中，焊接件開裂是設備常見故障之一。焊接開裂時，會影響設備正常運行，甚至造成無法作業，導致停工。

對工程機械常見焊接件開裂與修復技術的研究，是設計、工藝與維修人員密切關注的課題。隨著工程機械焊接結構趨向於高參數、大型化、耐磨、重載、輕量化的方向發展，焊接構件製造也不斷應用新材料、新工藝、新技術。

焊接構件不僅要滿足產品設計性能、參數要求，還要求焊接接頭具備更高的可靠性，同樣對焊接件開裂預防與修復技術也要求更加嚴格。

1焊接開裂的基本原因

企業在產品結構件設計、加工、檢驗等過程建立了有效的質量控制體系，力求提高焊接接頭性能，達到預防、消除焊接缺欠，保證焊縫可靠性的目標。但是，焊接由於其自身的特點而被視為“特殊過程”。

這是因為焊接作為一種熱加工技術，其隨後的檢驗根本無法充分驗證其加工結果，不能完全控制與瞭解焊接接頭性能是否達到了預期的要求。事實上，所有的焊接產品都是帶著這種未知的“問號”進入用戶的手中運行和使用。

在設備作業運行中，當構件受到衝擊、拉壓、扭轉、彎曲載荷與過載、震動、環境溫度變化等複雜工況時，避免不了形成裂紋，裂紋逐漸擴展導致焊接開裂直至構件斷開失效。所以這種“特殊過程”的緣故，造成焊接接頭性能的不穩定性，導致接頭強度下降，是焊接開裂的基本原因。

2焊接件類別與焊接開裂分析

工程機械產品品種繁多、焊接件幾何形狀複雜，尺寸、重量相差懸殊，工序長短和複雜程度也各不相同。大都是採用焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊等焊接工藝方法。對工程機械產品焊接件分類並進行開裂分析：

2.1按焊接件結構特點，見表一。

2.2按焊接件功能，見表二。

2.3按鋼材強度級別，見表三。

通過以上對焊接件分類與焊接開裂的分析可以看出，焊接件開裂主要集中在工作裝置類構件。這是因為此類焊接件不僅結構複雜、承受大的工作載荷，抗變形能力差，而且採用的鋼材品種多、強度級別高，焊接施工難度大。是常見易開裂的焊接件。

3焊接件常見裂紋與開裂的特點

3.1氫致裂紋

這是一種最常見的冷裂紋。它往往不是焊後立即出現，而有一段孕育期，延遲一段時間才產生，亦稱延遲裂紋。這種延遲現象主要由氫引起，因此又稱氫致延遲裂紋，或簡稱氫致裂紋、氫裂紋。

氫致裂紋開裂部位：對於強度不很高的碳鋼與合金結構鋼焊接接頭，往往先在熱影響區粗晶區開裂，擴展到其他區域；強度很高時往往先在焊縫區開裂，擴展到熱影響區。

按開裂位置可分為：焊縫金屬裂紋、熱影響區裂紋；

按相對焊縫的啟裂和擴展位置，熱影響區氫致裂紋通常有三種形態和部位：

⑴ 焊趾裂紋

一般起源於焊縫趾部（焊縫表面與熱影響區交界處）具有明顯應力集中的地方，再向熱影響區和母材延伸。

⑵ 焊根裂紋

這是最常見的氫致延遲裂紋，起源於第一層焊道根部與熱影響區相交處應力集中最大的部位，然後向熱影響區和焊縫延伸。究竟向何處延伸，取決於母材和焊縫的強度，塑性、和根部的形狀。

⑶ 焊道下裂紋

發生於焊道下方離熔合線不遠的粗晶區內，其走向大體於熔合線平行。是一種微小裂紋，往往不能在焊件表面發現，它不是一條連續裂紋，而是由一條條小的顯微裂紋集合而成。這種裂紋往往在使用含氫量較高的焊條、小線能量電弧焊接高強鋼時發現。

引起氫致開裂的原因：硬化組織、應力、和擴散氫，其中擴散氫為主導因素。

3.2 淬硬裂紋

由淬硬組織引起。某些鋼種淬硬傾向很大，焊後冷卻過程中，由於相變產生很脆的馬氏體，在焊接應力的作用下引起開裂。這種開裂與氫的關係不大，沒有氫的作用也會開裂。

例如：彈簧鋼、Mn13耐磨鋼、某些高強鋼以及異種鋼焊接時，都可能出現這種裂紋。它的產生既然不取決於氫的存在，也就沒有裂縫延遲出現的特徵，在焊後可以立即發現。

3.3焊縫表面缺陷引起的裂紋

由於施工操作不當造成的焊接缺陷，也是產生焊接裂紋的重要因素。主要有：焊縫表面形狀不符合技術要求。如餘高過大、咬邊、弧坑、熔合不良等缺陷。焊縫表面缺陷一般具有明顯應力集中、形成裂紋源，或焊縫截面尺寸減小，承載強度降低，造成焊接開裂。

3.4 疲勞裂紋

疲勞是由於在重複載荷的作用下，導致焊接接頭或材料產生裂紋，開裂、擴展、失效的一個過程。工作應力往往遠遠低於材料的屈服強度。鋼材的強度越高，缺口效應引起的應力集中程度對鋼材疲勞強度的敏感性就越大。

3.5施工不當

焊縫存在熔合不良、未焊透、咬邊等缺陷，造成焊縫金屬有效厚度不足，承載強度降低，形成裂紋。

4 焊接開裂修復

焊接開裂修復是工程機械施工過程中設備維修常見的手段，由於受施工現場加工設備、材料、工具、工人技能水平等條件的限制。一定程度上會給正確、有效的焊接修復帶來影響。因此，瞭解與掌握合理、可行的焊接修復技術，很有必要。

4.1實物焊接開裂分析

實物焊接開裂分析是根據開裂的形態、位置分析導致焊接開裂的原因。目的是為了正確制定焊接修復方案和焊接修復工藝方法提供依據，防止焊接開裂再次產生，力求修復後焊接件滿足設備正常作業，保障施工。實物焊接開裂分析主要從以下幾方面進行。

4.1.1開裂狀態分析：

觀察開裂出現在焊接件的位置與形態。開裂的位置是在焊縫上還是在母材上，測量開裂長度尺寸、擴展方向、斷口特徵；開裂部位的焊接件變形狀況，分析焊接件開裂與工作載荷的關聯因素。初步確定焊接開裂是由焊接缺陷引起還是設備作業過載引起。

4.1.2化學成分分析：

化學成分分析是判定母材焊接工藝性（可焊性）、進行焊接工藝評定與制定焊接修復工藝的重要依據。通過母材的化學成分計算碳當量判定母材的可焊性。

⑴ 工程機械焊接件常用鋼材碳當量與可焊性參見表四。

⑵ 有條件時對缺陷部位的母材用手電鑽打孔，取鐵屑樣進行母材的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、V、Cu等化學成分進行檢驗，確定母材的化學成分含量、再查閱相關金屬材料手冊等技術資料判定母材牌號、強度級別，通過計算母材的碳當量判定母材可焊性。

4.1.3焊接件結構特徵分析

焊接件用鋼板厚度尺寸較大時，剛性較強，因而焊縫拘束度較大。焊縫在冷卻過程中的收縮變形大量存在於焊縫金屬中，容易產生較大應力，引起焊縫裂紋，因此在焊接修復時要採取相應對策。

4.2 焊接修復方案與修復工藝制定

4.2.1焊接修復方案制定主要是根據焊接件開裂的程度、焊縫形式及維修場地具備的焊接設備、焊接材料、焊工等條件制定可行的修復施工方法。

4.2.2修復工藝制定內容

⑴ 焊接方法：焊接修復一般選擇焊條電弧焊或氣體保護焊。包括採用焊接材料、焊接設備、預熱等內容。

焊接材料的選擇。

焊接方法首先是焊材的選擇，焊材選擇原則是依據母材的強度要求來確定。工程機械重要焊接件較多采用屈服強度為 275-345 Mpa的鋼材如Q345（16Mn），一般採用等強匹配原則。

隨著工程機械焊接結構趨向於高參數、大型化、耐磨、重載、輕量化的方向發展，採用了低合金調質高強鋼。在此類鋼材強度級別較高時，焊材選擇以保證焊接接頭的塑韌性的原則可採用低強匹配。

焊接設備選擇。

焊接設備選擇根據選擇的焊材種類、修復場所具備的條件確定選用交、直流弧焊電源。

預熱。預熱主要根據母材的焊接性較差、板材厚度尺寸大、低溫環境施工等來確定。以保證焊接接頭性能，提高焊接接頭抗裂性。當母材的碳當量≥0.45、板材厚度尺寸≥80mm、環境溫度≤5℃進行預熱。

一般焊材選擇參見表五。

⑵ 焊縫坡口形式設計

坡口製備是保證焊縫良好熔合與熔透性的關鍵工序，根據開裂部位確定焊縫坡口形式是修復工藝的重要內容。坡口形式根據焊縫形式與板厚尺寸確定。

一般板厚≤4mm,對接焊縫可不製備坡口，在板厚≥5mm為保證焊縫熔透性，要製備坡口，由於焊接修復施工容易受到坡口加工、焊接位置等條件的限制，一般採用單面焊。較多采用單面V形坡口或V形坡口形式。

⑶ 焊接工藝規範制定

焊接修復工藝規範內容主要有焊材牌號、焊材規格、焊接電流、電弧電壓

保護氣體種類流量、焊接速度、預熱溫度等。

選擇工藝規範時要考慮焊接接頭的性能。尤其是碳當量較高的母材焊接接頭熱影響區對焊接規範要求嚴格。焊接修復前，應進行工藝評定或工藝試驗確定合理的工藝參數。

4.3焊接修復施工及要求

4.3.1工件清理

焊接修復前，將焊接件開裂部位周圍粘附的泥土、油汙、水、鏽蝕、油漆等汙物徹底清理乾淨，露出金屬光澤。

4.3.2矯形

焊接件往往在開裂部位通常產生不同程度的變形，在焊接修復前對變形部位進行矯正，焊接變形矯正採用加熱矯正、機械施力矯正及兩種方法結合運用。

採用火焰加熱矯正方法，加熱溫度在600－800℃，同一加熱位置加熱次數不應超過兩次。焊件熱狀態矯正，一般不得在藍脆溫度（250－500℃）進行，冷狀態矯正不得在環境溫度低於－12℃進行。

4.3.3焊前準備

檢查焊條、焊絲牌號、規格與焊接用氣體、電焊機型號是否符合工藝要求。焊條按要求進行烘乾與保溫，一般酸性焊條根據受潮情況在75－150℃烘乾1－2小時；低氫型焊條烘乾溫度在350－380℃，保溫時間1.5－2小時，烘乾後應緩冷放置於110－120℃的保溫箱中存放、待用。實心焊絲應無油汙、鏽蝕、鍍銅層應完好無損。操作者對焊接機械設備、工具、吊具、防護用品及工位場地進行自檢，確認符合安全操作規程。

4.3.4缺陷清除與坡口製備

⑴焊接件缺陷為裂紋時，根據檢測確定的缺陷位置、長度尺寸、深度尺寸，用火焰切割方法、鑿除、砂輪打磨等方法清除缺陷。清除裂紋前應在裂紋兩端打止裂孔並清除裂紋及其裂紋兩端30－50mm長度的焊縫或母材。應將刨槽加工成四側邊斜面角大於15°的坡口或按工藝要求製備坡口。

⑵焊接件缺陷為裂斷或斷開時，分別對斷口進行清理、進行坡口加工。採用氧－乙炔火焰切割後，必須將坡口面切割熔渣與氧化物用砂輪打磨清理乾淨，露出金屬光澤。

4.3.5裝配焊接

坡口裝配間隙應符合工藝的規定，一般對接坡口間隙為1～3mm，角焊縫坡口裝配間隙為0～2mm。定位焊縫的長度為焊接接頭中較薄板厚度的4-5倍，間距不得超過300mm，定位焊縫的高度不得超過正式焊縫的2/3，最大不超過6mm。定位焊應佈置在焊縫交叉口的50mm以外，定位焊縫的起弧與收弧應平滑過渡。定位焊焊縫不得有裂紋，否則必須清除重焊，定位焊焊縫如存在氣孔、夾渣應清除。

焊前預熱用大號氣焊焊矩、割槍、電加熱板或專用噴槍、火焰加熱器加熱；採用紅外測溫儀測溫。預熱時的加熱區域應在焊接坡口兩側，寬度為各焊件施焊處厚度2倍以上，且不小於100 mm。預熱溫度一般在100－150℃。

焊接要求焊接施工應在裝配－定位焊檢驗合格後儘快進行。低合金高強鋼、合金鋼或焊件厚度超過300mm，應在引弧板或坡口內引弧，禁止在非焊接部位引弧，也不得在焊縫端部引弧。

在未作預熱要求的情況下，焊接環境氣溫低於10℃或相對溼度大於85％，應將焊縫區加熱到20℃以後再焊接。

多層焊接時，施焊過程中控制層間溫度不超過規定的範圍。焊接預熱時，應控制層間溫度不得低於預熱溫度。鹼性焊條施焊時，應採用短弧焊。

4.3.6焊接檢查

所有焊縫外形均勻、成形良好。焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡平滑，焊渣與飛濺清除乾淨。角焊縫焊道與基本金屬平緩過渡。所有焊縫均不得存有裂紋、燒穿、熔合不良等缺陷。

5 結束語

工程機械焊接件開裂是由於焊接生產熱加工“特殊過程”的緣故，造成焊接接頭性能的不穩定性；焊接施工形成的焊接缺陷，導致接頭強度下降；設備在複雜工況作業過載等是導致焊接件開裂的基本原因。對焊接件開裂進行具體分析，制定合理的修復工藝，嚴格按工藝要求施工，保證焊接接頭性能，不斷提高焊接件開裂修復技術。滿足設備正常運行要求。

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