適當(dāng)?shù)暮附釉O(shè)計(jì)
焊接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮母材之可焊性、焊材與母材之匹配、焊接效率、焊接方式、焊道尺寸、焊接變形及接合板挫屈等因素。舉填角焊道為例來(lái)說(shuō)明，根據(jù)美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)(AWSＤ１.１)之規(guī)定，填角焊道分為三類，如圖2所示，包括理想之焊道、可接受之焊道寬度以及不可接受之焊道，其中不正確的焊道尺寸包括填角焊道之喉深不足、凸面過(guò)長(zhǎng)、焊蝕、搭迭、腳長(zhǎng)不足與熔合不良。美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)與我國(guó)鋼構(gòu)造建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范也都規(guī)定填角焊道之最小尺寸如表4所示。
填角焊最小腳長(zhǎng)尺寸是由接頭之兩部分中較厚板來(lái)決定，但不得大于較薄板之厚度。若超出則應(yīng)有充分之預(yù)熱，以確保焊接之質(zhì)量。如經(jīng)應(yīng)力計(jì)算需要時(shí)，焊接尺寸可大于接合部之薄板厚度。表3提供各種板厚之填角焊最小腳長(zhǎng)尺寸，表4顯示填角焊之全焊道寬度與最大凸面長(zhǎng)度之關(guān)系。
在潛弧焊之平角焊道上出現(xiàn)縱向裂紋的原因?yàn)楹危咳绾畏乐古c避免？
潛弧焊接制程一般是應(yīng)用于橋梁、廠房、大樓鋼構(gòu)、化工設(shè)備制造、貨柜制造、造船等工業(yè)，也因?yàn)檫@些產(chǎn)業(yè)與人類的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此，在這些應(yīng)用上的焊接質(zhì)量扮演相當(dāng)重要的角色。
焊接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮母材之可焊性、焊材與母材之匹配、焊接效率、焊接方式、焊道尺寸、焊接變形及接合板挫屈等因素。舉填角焊道為例來(lái)說(shuō)明，根據(jù)美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)(AWSＤ１.１)之規(guī)定，填角焊道分為三類，如圖2所示，包括理想之焊道、可接受之焊道寬度以及不可接受之焊道，其中不正確的焊道尺寸包括填角焊道之喉深不足、凸面過(guò)長(zhǎng)、焊蝕、搭迭、腳長(zhǎng)不足與熔合不良。美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)與我國(guó)鋼構(gòu)造建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范也都規(guī)定填角焊道之最小尺寸如表4所示。
填角焊最小腳長(zhǎng)尺寸是由接頭之兩部分中較厚板來(lái)決定，但不得大于較薄板之厚度。若超出則應(yīng)有充分之預(yù)熱，以確保焊接之質(zhì)量。如經(jīng)應(yīng)力計(jì)算需要時(shí)，焊接尺寸可大于接合部之薄板厚度。表3提供各種板厚之填角焊最小腳長(zhǎng)尺寸，表4顯示填角焊之全焊道寬度與最大凸面長(zhǎng)度之關(guān)系。
通常結(jié)晶裂紋比較容易發(fā)生在以不純物較多的碳鋼或低合金鋼為母材的焊道中，結(jié)晶裂紋一般只產(chǎn)生在焊道表面，大多數(shù)呈縱向分布在焊縫中心在線，也有一些呈弧形分布在焊縫中心線之兩側(cè)，而且這些弧形裂紋與焊道波紋呈垂直分布，如圖3所示。一般來(lái)說(shuō)縱向裂紋較長(zhǎng)、較深，而弧形裂紋較短、較淺。此外，弧坑裂紋也屬于結(jié)晶裂紋，產(chǎn)生在焊道的收尾處弧坑中呈星狀分布。
由結(jié)晶裂紋的型態(tài)、分布和裂紋走向可深入發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是縱向裂紋或是弧形裂紋，它們都有一個(gè)共同的特性，就是裂紋在中都是沿一次結(jié)晶的晶界分布，特別是延柱狀晶的晶界分布，焊道中心的縱向裂紋正好位于以焊道兩側(cè)生成的柱狀晶的結(jié)合面上，焊道中心線兩側(cè)的弧形裂紋則位于平行生長(zhǎng)的柱狀晶界上。
因?yàn)楹傅澜Y(jié)晶時(shí)先結(jié)晶的部分會(huì)較純，后結(jié)晶的部分含不純物與合金成分較多。隨柱狀晶的的不斷長(zhǎng)大，不純物與合金成份也不斷被排擠的到焊道的中心或平行生長(zhǎng)的柱狀晶交界處。這種成分偏析的現(xiàn)象會(huì)使這些交界處富集了較多的不純物或合金元素。當(dāng)焊道凝固收縮時(shí)，造成了收縮拉應(yīng)力，往往晶界間的共晶承受不了這種收縮應(yīng)力，結(jié)果就在交界處形成了結(jié)晶裂紋。
要避免結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，首先必須考慮如何減少焊道中不純物含量，以及如何以適當(dāng)?shù)氖┕し椒▉?lái)降低變形對(duì)焊道的影響。
1. 降低焊道的不純物含量
降低焊道中不純物含量的方法包括母材與焊材兩方面，在工程中由于母材材料不合格而產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋的實(shí)例相當(dāng)?shù)亩啵缒充摌?gòu)廠的鋼板的連接焊道表面多處都出現(xiàn)了結(jié)晶裂紋，經(jīng)化驗(yàn)分析查明母材中的碳、硫與磷成分都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致焊道中的不純物含量也相對(duì)提高，而造成結(jié)晶裂紋的發(fā)生。然而，透過(guò)選用不純物相對(duì)較低、成分均勻且質(zhì)量穩(wěn)定的焊材，可大幅降低結(jié)晶裂紋發(fā)生的機(jī)率。
2. 適當(dāng)?shù)氖┕し椒?/strong>
通常焊道的喉深不足或滲透不足也會(huì)增加縱向裂紋的發(fā)生機(jī)率。焊道通常扮演承受兩端鋼板的拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的關(guān)鍵角色。焊道的喉深若是不足或滲透程度不足，意味著能夠承受應(yīng)力的截面積（藍(lán)色）縮小了，如圖4所示，如同細(xì)線無(wú)法懸吊重物一般，相當(dāng)容易發(fā)生斷裂。就如同圖2所示，只要右側(cè)焊接凝固的收縮應(yīng)力大過(guò)左側(cè)焊道的承受力，左側(cè)焊道就會(huì)立即出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。
一般來(lái)說(shuō)，焊道的喉深非常容易由目視及量規(guī)來(lái)判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，然而，焊道的滲透程度就比較不易由目視來(lái)觀察，必須透過(guò)非破壞檢驗(yàn)技術(shù)來(lái)量測(cè)，或透過(guò)焊接條件試作與進(jìn)行破壞性的金相試驗(yàn)來(lái)觀察焊道熔深的滲透程度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。
適當(dāng)?shù)氖┕し椒ū仨毧紤]板厚、厚板的開(kāi)槽、焊接條件與焊接方法。以厚板為例說(shuō)明，一般鋼板厚度超過(guò)17.5mm就必須開(kāi)槽，如圖5所示。焊接方法應(yīng)采兩道以上的焊接來(lái)施工，第一道應(yīng)加大焊接電流或降低移行速度來(lái)達(dá)到充分滲透的目的，第二道焊接時(shí)再以適當(dāng)?shù)暮附訔l件來(lái)滿足喉深與角長(zhǎng)的要求。當(dāng)潛弧焊之平角焊道有足夠的熔深滲透與喉深，焊道自然具備足夠的能力來(lái)承受焊接變形的影響。
采用潛弧焊技術(shù)焊接長(zhǎng)焊道時(shí)，常在終焊端附近的焊道金屬內(nèi)發(fā)生縱向裂紋如圖6所示，通常這種裂紋是屬于熱裂紋中的結(jié)晶裂紋。這種焊接裂紋的產(chǎn)生原因可以用圖7來(lái)說(shuō)明，當(dāng)焊接電弧接近焊道終端時(shí)，焊道受電弧熱在A-A方向膨脹變形，同時(shí)在B-B方向發(fā)生張開(kāi)變形，而終端之導(dǎo)焊板的拘束力雖會(huì)限制其變形，但導(dǎo)焊板在電弧熱的作用下也會(huì)連帶產(chǎn)生B’-B’方向的膨脹，因而使B-B方向的變形應(yīng)力限制作用產(chǎn)生松弛，使得產(chǎn)生焊道終端部的結(jié)晶裂縫。
結(jié)晶裂紋通常容易產(chǎn)生在單相沃斯田鐵鋼、鎳基合金、鋁合金以及不純物較多的碳鋼與低合金鋼中，結(jié)晶裂紋一般只產(chǎn)生在焊縫中，大多數(shù)呈縱向分布在焊縫中心在線，也有一些呈弧形分布在焊縫中心線之兩側(cè)，而且這些弧形裂紋與焊道波紋呈垂直分布如圖8所示，一般來(lái)說(shuō)縱向裂紋較長(zhǎng)、較深，而弧形裂紋較短、較淺。此外，弧坑裂紋也屬于結(jié)晶裂紋，產(chǎn)生在焊道的收尾處弧坑中呈星狀
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