適當?shù)暮附釉O(shè)計
焊接設(shè)計應(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。舉填角焊道為例來說明，根據(jù)美國焊接協(xié)會鋼結(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、凸面過長、焊蝕、搭迭、腳長不足與熔合不良。美國焊接協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)與我國鋼構(gòu)造建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)范也都規(guī)定填角焊道之最小尺寸如表4所示。
填角焊最小腳長尺寸是由接頭之兩部分中較厚板來決定，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)力計算需要時，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尺寸，表4顯示填角焊之全焊道寬度與最大凸面長度之關(guān)系。
在潛弧焊之平角焊道上出現(xiàn)縱向裂紋的原因為何？如何防止與避免？
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)，也因為這些產(chǎn)業(yè)與人類的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此，在這些應(yīng)用上的焊接質(zhì)量扮演相當重要的角色。
焊接設(shè)計應(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。舉填角焊道為例來說明，根據(jù)美國焊接協(xié)會鋼結(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、凸面過長、焊蝕、搭迭、腳長不足與熔合不良。美國焊接協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)焊接法規(guī)與我國鋼構(gòu)造建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)范也都規(guī)定填角焊道之最小尺寸如表4所示。
填角焊最小腳長尺寸是由接頭之兩部分中較厚板來決定，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)力計算需要時，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尺寸，表4顯示填角焊之全焊道寬度與最大凸面長度之關(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。一般來說縱向裂紋較長、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)，無論是縱向裂紋或是弧形裂紋，它們都有一個共同的特性，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的柱狀晶界上。
因為焊道結(jié)晶時先結(jié)晶的部分會較純，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的柱狀晶交界處。這種成分偏析的現(xiàn)象會使這些交界處富集了較多的不純物或合金元素。當焊道凝固收縮時，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?shù)氖┕し椒▉斫档妥冃螌傅赖挠绊憽?br/>
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)晶裂紋的實例相當?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)化驗分析查明母材中的碳、硫與磷成分都遠遠超過規(guī)范標準值，導(dǎo)致焊道中的不純物含量也相對提高，而造成結(jié)晶裂紋的發(fā)生。然而，透過選用不純物相對較低、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)生的機率。
2. 適當?shù)氖┕し椒?/strong>
通常焊道的喉深不足或滲透不足也會增加縱向裂紋的發(fā)生機率。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（藍色）縮小了，如圖4所示，如同細線無法懸吊重物一般，相當容易發(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)力大過左側(cè)焊道的承受力，左側(cè)焊道就會立即出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。
一般來說，焊道的喉深非常容易由目視及量規(guī)來判斷是否符合標準，然而，焊道的滲透程度就比較不易由目視來觀察，必須透過非破壞檢驗技術(shù)來量測，或透過焊接條件試作與進行破壞性的金相試驗來觀察焊道熔深的滲透程度是否符合標準。
適當?shù)氖┕し椒ū仨毧紤]板厚、厚板的開槽、焊接條件與焊接方法。以厚板為例說明，一般鋼板厚度超過17.5mm就必須開槽，如圖5所示。焊接方法應(yīng)采兩道以上的焊接來施工，第一道應(yīng)加大焊接電流或降低移行速度來達到充分滲透的目的，第二道焊接時再以適當?shù)暮附訔l件來滿足喉深與角長的要求。當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承受焊接變形的影響。
采用潛弧焊技術(shù)焊接長焊道時，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來說明，當焊接電弧接近焊道終端時，焊道受電弧熱在A-A方向膨脹變形，同時在B-B方向發(fā)生張開變形，而終端之導(dǎo)焊板的拘束力雖會限制其變形，但導(dǎo)焊板在電弧熱的作用下也會連帶產(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，一般來說縱向裂紋較長、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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