某结构搭接接头焊缝裂纹产生原因分析

作者:刘国英;高原;荆慧强 刊名:焊接技术 上传者:章书玉

【摘要】分别从断口的宏观形貌、微观形貌、能谱分析、金相分析4个方面对某结构搭接接头焊缝裂纹的产生原因进行分析,观察与分析结果表明,该焊缝裂纹为受外力作用开裂裂纹,产生原因是由于存在大面积的焊接缺陷,而焊接工艺不合理和焊接面清理不干净是造成焊接缺陷的主要因素。

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搭接接头是2个被焊工件部分地重叠在一起或加上专门的搭接件用角焊缝或塞焊缝、槽焊缝连接起来的接头,对于薄板和厚板的搭接接头,在设计时为了保证厚板的熔合性,通常在厚板上开设坡口进行焊接。本文对某结构的搭接接头焊缝依据JB/T4730.4—2005《承压设备无损检测》进行磁粉检测时发现一处焊缝裂纹,此处焊缝为16 mm的垫板(材质Q345A钢)与同材质槽钢对接梁(厚度8 mm) 的搭接接头,如图1所示。裂纹位于焊接接头与槽钢对接梁的交界处,在焊缝一侧的熔合线位置存在1条裂纹,裂纹长度约为焊缝总长的1/2,沿熔合线扩展,裂纹中部区域附近开口较大,裂纹两端开口相对较小,如图2所示。图1焊接接头设计结构垫板槽钢1637028 1观察与分析1.1取样及宏观观察在焊缝裂纹开口较大的区域从外表面取部分试样进行观察与分析,所取试样的宏观形貌如图3所示:试样长度约14 mm,裂纹深度2~3.5 mm,裂纹断面部分区域呈红褐色,与外表面的颜色相似,为陈旧断面,断面其他区域有金属光泽,为新鲜断面。1.2微观观察及能谱分析用丙酮将断面清洗后置于扫描电镜下进行形貌观察和能谱分析,断口低倍形貌如图4所示,整个断面均存在较多的气孔;该断口为焊接接头与槽钢对接梁的搭接面,断口很平整,与正常熔合区的断口不同,正常的焊缝熔合区为曲折拐弯形,该断口很平整,明显为未熔合缺陷。裂纹断面呈红褐色的区域附着一层较厚的氧化物,能谱分析氧化物主要为Fe,O和S,Cl元素,应为基体腐蚀产物,形貌和能谱如图5及图6所示。从图5及图6可见,裂纹断面有金属光泽的区域呈韧窝形貌,能谱分析该区域主要含有Fe,Mn及Si,表明有金属光泽的断面应是在本次分解过程中所形成的,形貌及能谱图如图7及图8所示。用溶剂将断面腐蚀产物清洗去除后观察,陈旧裂纹断面存在大量焊接气孔和疏松,个别焊接气孔尺寸较大,直径约为0.6 mm,如图9及图10所示,疏松形貌如图11所示。靠近外表面区域存在未熔合缺陷,如图12所示,仅有小部分区域呈韧窝形貌,形貌如图13所示。图3焊缝裂纹取样宏观形貌图4断口低倍形貌图6红褐色区域断面能谱图图5红褐色区域断面腐蚀形貌断面陈旧断面图2焊接接头裂纹取样外表面 对陈旧断面焊缝缺陷(气孔、疏松、未熔合)的面积进行统计,结果表明,该区域焊接缺陷的面积约为整个陈旧裂纹面积的60%,即该区域仅有40%的区域为有效的焊缝区域,所取裂纹为受外力作用而开裂的裂纹。1.3金相分析在试样上制备金相试样进行观察,结果表明裂纹断面位置(熔合线位置)存在焊接气孔,未见分叉裂纹,焊缝其他区域未见明显焊接缺陷存在,断口金相如图14所示。金相分析结果表明裂纹断面(熔合线位置)存在焊接气孔,未见分叉裂纹(图14),能谱分析结果表明焊缝区域成分未见明显异常。图7有金属光泽断面韧窝形貌图8有金属光泽断面能谱图图9断面气孔形貌(2 mm范围内约6个0.3 mm的气孔)图11断面疏松形貌图12断面未熔合形貌图13断面韧窝形貌断面疏松断面疏松断面疏松图10断面气孔微观形貌 2分析与讨论某结构中搭接接头的焊缝裂纹位于熔合线位置,裂纹的长度约为整体焊缝长度的1/2;在对从外表面截取部分裂纹断面的观察结果表明,该区域裂纹断面与外表面的颜色相近,均呈红褐色;能谱分析结果表明,裂纹断面上附着了一层较厚的基体腐蚀产物;裂纹经清洗后的观察结果表明,裂纹断面仅有40%的区域呈韧窝形貌,为有效的焊接区域,其他60%的区域均为焊接缺陷(气孔、疏松、未熔合)。金相分析结果表明,在裂纹的断面中(熔合线位置)存在焊接气孔缺陷,未见分叉裂纹;能谱分析结果表明,焊缝区

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