劉昌虎 曲杰 王杰

【摘 要】近幾年我國(guó)高鐵行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了全新時(shí)代，轉(zhuǎn)向架作為影響高鐵安全運(yùn)行的重要組成部分，保證其質(zhì)量和安全是重中之重。轉(zhuǎn)向架的碳鋼焊接件焊接裂紋對(duì)于整個(gè)碳鋼焊接有著不良影響，焊接缺陷對(duì)整個(gè)部件的影響是致命的。對(duì)碳鋼焊接件容易出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行分析，并且探討預(yù)防和解決焊接缺陷的技術(shù)措施，以保證碳鋼焊接工作順利進(jìn)行，杜絕焊接缺陷的產(chǎn)生，減少報(bào)廢和返修，避免產(chǎn)生安全事故影響行車安全的現(xiàn)象發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】焊接件；缺陷分析；預(yù)防措施

中圖分類：TL214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受焊接工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料及生產(chǎn)操作等方面的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些焊接缺陷，大型鑄鋼件常見主要焊接缺陷有夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，針對(duì)主要缺陷進(jìn)行匯總并提出防止措施以供參考。

1、焊接結(jié)構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程存在的隱患

1.1焊接產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷

焊接缺陷的產(chǎn)生的原因很多。焊接結(jié)構(gòu)在焊制過(guò)程中因焊接工藝與設(shè)備條件的偏差，殘余應(yīng)力狀態(tài)和冶金因素變化的影響以及結(jié)構(gòu)材料與尺寸的差異等，導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生不同程度和數(shù)量的焊接缺陷，例如裂紋、氣孔、夾渣，未熔合、焊透等焊接缺陷。

1.2焊接結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中引起的裂紋

焊接結(jié)構(gòu)在服役或超期服役過(guò)程中有的經(jīng)受高溫，高壓或兼有介質(zhì)腐蝕的環(huán)境，有的承受疲勞、沖擊及中子輻照等工況條件，會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)變化，嚴(yán)重影響應(yīng)力并產(chǎn)生裂紋，并為安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。

1.3焊接產(chǎn)品運(yùn)行中的失效

焊接產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中已經(jīng)產(chǎn)生了輕度缺陷，或者不可目視的缺陷，一旦這種遺留缺陷在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)由于壓力或震動(dòng)等內(nèi)外因素而引發(fā)不同程度的裂紋，從而導(dǎo)致產(chǎn)品失效或者其他的質(zhì)量問(wèn)題，為行車安全帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。

2、焊接缺陷分析

焊接規(guī)范的問(wèn)題：焊接的特點(diǎn)是溫度上升速度快，電流大，溫度高等，所以焊縫區(qū)和金屬的溫度差很大，冷卻速度很快，在產(chǎn)生熱應(yīng)力的情況下極其容易出現(xiàn)裂紋。焊接結(jié)構(gòu)件自身也有著一些缺陷，壓力容器在焊接的過(guò)程中，會(huì)將焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)在缺陷也帶入到相應(yīng)的容器中，尤其是在焊接的接頭處，會(huì)出現(xiàn)未熔合、裂紋、咬邊、夾渣和氣孔等現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致焊縫的實(shí)際承載截面出現(xiàn)削弱等現(xiàn)象，周圍還會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力和拘束應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)集中，越集中，對(duì)于焊接越不利，使得缺陷處最容易最先開裂，成為裂源。部件結(jié)構(gòu)問(wèn)題：部件在焊接的過(guò)程中，使焊縫出現(xiàn)焊接變形的情況，但由于部件的剛度大，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較大而導(dǎo)致焊縫裂紋。有些焊縫裂紋嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壓力容器爆炸，部件的角變形與錯(cuò)邊導(dǎo)致的，這一缺陷會(huì)導(dǎo)致容器的焊接處出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不連續(xù)等現(xiàn)象，導(dǎo)致了焊接的邊緣出現(xiàn)一系列的裂紋。該類缺陷的特點(diǎn)是由于應(yīng)力都過(guò)于集中在焊縫接觸處，會(huì)加大風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)增加出現(xiàn)安全事故的可能性。焊接接頭處拉伸殘余應(yīng)力：由于轉(zhuǎn)向架機(jī)械部件在生產(chǎn)中存在著較大參與應(yīng)力，而且在產(chǎn)品進(jìn)行熱處理的過(guò)程中并未被完全消除，就會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響甚至損壞。壓力容器在較大的焊接壓力的影響下，通過(guò)不斷的剪裁使壓力容器的個(gè)別部位出現(xiàn)裂紋，使設(shè)備損壞。有些焊接的殘余應(yīng)力會(huì)達(dá)到所使用材料的強(qiáng)度，在沒(méi)有應(yīng)力的作用下，焊縫也會(huì)出現(xiàn)破裂，這種破裂是自然破裂。

3、焊接缺陷造成的主要危害

①焊接變形是結(jié)構(gòu)件焊接制造過(guò)程中最常見問(wèn)題之一，由于焊接過(guò)程是一個(gè)受到電弧電壓、電流、熱傳導(dǎo)、金屬相變和力學(xué)性能改變，局部快速的加熱到高溫并隨后快速冷卻的非線性瞬間熱傳導(dǎo)過(guò)程，整個(gè)焊接件的溫度變化急劇，焊縫周圍母材熱影響區(qū)的金相也隨溫度劇烈變化，其物理性能也隨之改變。焊接變形不僅會(huì)降低結(jié)構(gòu)件本身強(qiáng)度，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件裝配尺寸出現(xiàn)誤差，影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。②降低產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度，縮短產(chǎn)品使用壽命。由煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件鋼板厚度較厚，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所選母材材質(zhì)含碳量較高，要求承受的動(dòng)、靜載荷也較為復(fù)雜。焊縫應(yīng)力集中，不僅造成焊縫處強(qiáng)度較低，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)靜載荷非脆性破壞影響較大，縮短產(chǎn)品使用壽命，降低產(chǎn)品可靠性。③引發(fā)焊接件脆性斷裂。煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件焊接過(guò)程中，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，同時(shí)過(guò)熱區(qū)和熔合區(qū)脆性和韌性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用時(shí)同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，極有可能引起結(jié)構(gòu)件的突然斷裂，造成安全事故。

4、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗(yàn)是保證焊接質(zhì)量的重要措施。因此，工件焊完后應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求對(duì)焊縫進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，凡不符合技術(shù)要求所允許的缺陷，需及時(shí)進(jìn)行返修。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)包括外觀檢查、無(wú)損探傷和機(jī)械性能試驗(yàn)三個(gè)方面。這三者是互相補(bǔ)充的，而以無(wú)損探傷為主。（1）外觀檢驗(yàn)。①利用肉眼或放大鏡對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。②利用專業(yè)測(cè)量?jī)x器如焊接檢驗(yàn)尺對(duì)焊縫的外形尺寸進(jìn)行測(cè)量。（2）無(wú)損探傷。無(wú)損探傷是指在不損壞被測(cè)件前提下，借助儀器設(shè)備對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法有超聲報(bào)檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)等。本文對(duì)煤炭機(jī)械焊縫常用的檢測(cè)方法進(jìn)行介紹。①超聲波檢測(cè)，利用超聲波探傷儀產(chǎn)生的震蕩激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，對(duì)工件焊縫進(jìn)行測(cè)試，探頭接收到反饋波后顯示到儀器屏幕上，從而查看被檢驗(yàn)焊縫是否有焊接缺陷。超聲波無(wú)損檢測(cè)是目前最常用的焊縫檢測(cè)方法之一，其主要優(yōu)點(diǎn)有：檢測(cè)范圍較大，缺陷定位準(zhǔn)確，對(duì)檢測(cè)人員和環(huán)境不造成傷害。②滲透檢測(cè)，包含著色探傷檢測(cè)和熒光滲透檢測(cè)，主要檢測(cè)表面焊接缺陷，其主要原理為滲透液在毛細(xì)作用下，滲透至焊接表面，再施加顯像劑，缺陷內(nèi)的殘留滲透劑又回滲到工件表面，從而顯示出缺陷形態(tài)，不受焊接結(jié)構(gòu)影響。但滲透檢測(cè)相關(guān)檢測(cè)參數(shù)并不明確，需要在累積中總結(jié)，對(duì)檢驗(yàn)人員業(yè)務(wù)能力要求較高。③磁粉檢測(cè)，主要用于檢測(cè)表面焊接裂紋缺陷的檢測(cè)方法，工件被磁化后在被測(cè)試件上撒上磁粉或磁懸液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便會(huì)吸附于缺陷位置，通過(guò)磁痕來(lái)顯示和判定缺陷位置、大小。檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)直觀可靠。④X射線檢測(cè)，主要通過(guò)X射線成像設(shè)備，獲取焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)字成像圖并輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)缺陷圖像的提取，對(duì)焊接缺陷進(jìn)行分析和判定。但X射線檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中有一定局限性。（3）打壓試驗(yàn)。對(duì)于油箱、水箱等要求密封性的結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇水壓試驗(yàn)或氣壓試驗(yàn)，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。

結(jié)束語(yǔ)

由于焊接缺陷的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出了焊接缺陷防止的主要措施，除此之外還要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材質(zhì)特性、焊接流程控制等方面制定合理的解決方案，希望對(duì)焊接工作者有所幫助，共同探討，共同進(jìn)步。

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（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）