碳钢焊接过程中的裂纹现象出现原因分析

碳钢焊接过程中的裂纹现象出现原因分析

高波

中车大同电力机车有限公司构架车间

摘要：在现阶段，我国高铁行业已经逐渐步入新时期，转向架已经作为高铁实际安全运营活动过程中，相对主要环节，因此应加强关于相关活动的质量和安全性管理力度。针对转向架的碳钢接过程中存在的裂纹现象，将直接影响整个部件的功能性。所以相关工作人员应就焊钢接线容易出现的缺陷问题进行具体分析和研究，制定出能够有效解决焊接线缺陷的相应策略，使得高铁行业可以实现可持续发展的战略目标。因此，本文针对碳钢焊接过程中的裂纹现象缺陷以及策略展开相应探索。

关键词：碳钢；焊接；裂纹

引言：关于碳钢焊接在其实际生产活动过程中，很容易受到焊接工艺，产品结构设计等相关因素影响，导致其在碳钢在其实际焊接过程中存在一定的缺陷风险。大型铸钢件常见的焊接风险主要包括夹渣、气孔、咬边等现象，因此本文针对碳钢实际焊接过程中存在的具体问题，加以针对性的分析和研究。

一、焊接缺陷分析

焊接是一种特殊的加工方式，它的优点是温度升高迅速、流量大、温度高，因此焊缝区和金属材料之间的工作温度差很大，制冷速率也很快。在这种情形下，焊条极易发生断裂。焊接结构件本身也有一定缺点，在连接加压器皿时，焊缝构成的内部缺口也会被引入器皿中，尤其是在连接处，会发生未熔融、裂缝、咬边、夹渣和气孔等问题。如果焊缝的真实支承直径受到限制，周边会发生残余应力和拘束应力，这种应力会聚集，导致焊接质量下降，缺口处最易于发生裂缝，从而成为裂缝的源头。由于部件的刚度较大，在焊接过程中，会出现焊缝变形，从而形成较大的内应力位，引起焊接断裂。严重情况下，可能会引起压力容器爆裂，而这些裂缝会使器皿的焊接处出现不连续的结构，从而引发一系列的裂缝。由于焊缝接触处的焊缝应力过大，这种缺陷会增加安全风险，并且可能导致设备损坏。此外，由于转向架机械部件在生产过程中承受了较大的应力位，而且在热处理过程中未能完全消除，这也会导致拉伸残余应力的产生。当压力容器承受较大的焊接压力时，由于剪裁作用，部分部位会出现裂纹，从而导致设备损坏。有时，残余应力会超过材料的强度，即使在没有外力作用的情况下，焊缝也会出现破裂，这种破裂是由于自然因素造成的[1]。

二、焊接缺陷造成的主要危害

焊接加工变形是结构件焊接加工制造中最常见的一种，因为它涉及到电弧电压、电流、热传递、金属材料转变和力学特性的发生变化，使得焊缝件的工作温度变动很大，从而影响到焊缝周边母材的结构，也影响其物理特性。焊接加工变形会严重影响煤炭机械产品结构件的强度和尺寸精度，从而大大降低产物的疲劳硬度，减少其寿命，并且由于煤炭机械产品结构件钢材厚度较厚，结构复杂，所选母材材质含碳量较高，需要承担的动、静载荷也比较繁杂，因此，需要采取相应对策来确保质量，进一步提高制造效益。焊缝流程中，由于焊缝应力聚集，不但会导致焊缝处硬度下降，还会对结构静载荷产生非脆性破坏，减少商品寿命，影响产品可靠性。焊接缺陷还可能导致构造件脆性断裂，引起安全事故。因此，在煤机产品的焊缝流程中，应注意控制应力分布，避免在过热区和熔合区出现焊接缺陷，以防止内应力的产生。

三、焊接质量检验

为了保证焊接接头产品质量，必须对焊接插头实行严密的检查。所以，在铸件焊缝完成后，应按照产品技术要求对焊缝实施全面检查，以保证其符合技术规范，并及时予以返修。检验内容包括外观检查、无损探伤和机械性能测试等方面。(1)外观检验是无损探伤的重要组成部分，它可以帮助我们找到焊接面上的问题，如咬边、焊瘤、外表裂痕、气孔、夹渣和焊穿等。为了更准确地测定焊缝的外形尺寸，我们还需要使用专业的测量仪器，如焊接检验尺。(2)无损探伤是一种有效的检测技术，它可以在不损坏被测件的情况下，通过使用先进的仪器设备，对煤炭机械焊缝的质量进行试验，包括超声波测试、浸润试验、磁粉测试和辐照试验等。①超声波辐射测试是一种先进的焊缝检测技术，它通过超声波探伤仪发生的震荡激发，将超声波发射到工件上，从而检查出焊缝是否存在缺陷。超声波无损检测具备检测范围广、缺陷定位精确、不会对检测人员和周围环境构成损害等优点，因此已成为当今最常见的焊缝检测方法之一。②渗入测试是一项有效的外观缺陷检测方法，它通过渗入液在毛细影响下，将其渗入至焊缝表层，再施以显像剂，使得缺口内的残余渗入剂回渗到铸件表层，因而可以清晰地表现出缺口的形状，而且不受焊接结构的影响。渗透检测的参数尚不清楚，因此需要通过不断的实验和总结来确定，这对检验工程师的专业技能提出了较高的要求。③磁粉检测是一种用来检查表面焊接裂纹缺陷的方法，它通过在被测试件上撒上磁粉或磁悬液，使得磁粉粒子能够直接吸附在缺陷位置，从而表示出缺口的部位和程度。④X辐射检查是一种高精度的检查方法，它利用X射线成像装置获得焊缝组织的数据成像图，并将其送入电子计算机，经过处理后，可以更加直观、可靠地识别出焊接缺陷。X射线检测在实际应用中存在一定的局限性，因此，为了确保焊缝的密封性和承压能力，建议采用打压试验，以检查油箱、水箱等结构件的密封性和承压能力

[2]。

结论：基于科技技术的快速发展，使得高铁碳钢产业在其实际焊接过程中逐渐提出新的要求和完善制度。这就需要碳钢工作人员针对其工作活动过程中焊缝缺口的实际形成因素展开，深度分析与探讨，结合其具体的生产经历制定相应的预防对策，同时碳钢工作人员也应就产品本身的结构特点、材质特性和焊缝流程控制等相关方面制订有效的方案，以协助焊接工人更好地完成工作。

参考文献：

[1]李星皓. 两种典型碳钢与304不锈钢MAG焊焊接接头组织与性能研究[D].五邑大学,2022.

[2]杨明. 考虑焊接残余应力的应变能密度法碳钢接头疲劳性能研究[D].吉林大学,2022.