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盾构机焊接裂纹产生的原因与预防措施
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minble 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2018-07-06 11:11:38 楼主

  在隧道掘进过程中,盾构机刀盘刀具直接与土体相互作用,是最容易受到损害的部件之一。刀盘刀具的磨损乃至损坏经常发生,需及时进行修复。

  焊接盾构机过程中,焊接人员经常遇到焊接裂纹问题。作为国内盾构耐磨焊丝权威单位,北京固本科技有限公司,总结焊接中最常见焊接裂纹的问题原因,同时给出了专业的解决建议。

  焊接裂纹产生原因及防止措施

  焊接裂纹是焊接件中最常见的一种严重缺陷。焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同,可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。

  1、盾构机焊接出现冷裂纹的原因

  (1)、钢种原淬硬倾向主要取决于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。钢的淬硬倾向越大,盾构机刀盘越易产生冷裂纹。

  (2)、氢的作用,氢是引起超高强钢焊接冷裂纹的重要因素之一,并且有延迟的特征。高强钢焊接接头的含氢量越高,则裂纹的敏感性越强。

  (3)、焊接接头的应力状态:高强度钢焊接时产生延迟裂纹的倾向不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的作用,还决定于焊接接头的应力状态。盾构机刀盘焊接时主要存在的应力有:不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力、金属相变时产生的组织应力、结构自身拘束条件等。

  (4)、盾构机刀盘焊接工艺的影响:线能量过大会引起近缝区晶粒粗大,降低接头的抗裂性能;线能量过小,还会使热影响区淬硬,也不利于氢的逸出而增大冷裂倾向。焊前预热和焊后热处理的温度不合适,多层焊的焊层熔深不合适等。

  防止措施:

  (1)、选择合适的焊接材料:如优质的低氢焊接材料和低氢的焊接方法。对重要的焊接结构,应采用超低氢、高韧性的焊接材料。

  (2)、焊前仔细清除坡口周围基体金属表面和焊丝上的水、油、锈等污物,减少氢的来源,以降低焊缝中扩散氢的含量。

  (3)、采用低匹配的焊缝或“软层焊接”的方法,对防止冷裂纹也是有效的。

  (4)、避免强力组装、防止错边、角变形等引起的附加应力,对称布置焊缝,避免焊缝密集,尽量采用对称的坡口形式并力求填充金属减少量,防止焊缝缺陷的产生。

  (5)、焊前预热和焊后缓冷,这不仅可以改善焊接接头的金相组织,降低热影响区的硬度和脆性,而且可以加速焊缝中的氢向外扩散,此外还可以起到减小焊接残余应力的作用。

  (6)、选择合适的焊接规范。焊接速度太快,则冷却速度相应的也快,易形成淬硬组织,若焊接速度太慢,又会导致热影响区变宽,造成晶粒粗大。选择合理的装配工艺和焊接顺序以及多层焊的焊层熔深。

  2、盾构机焊接出现热裂纹的原因

  (1)、焊缝的化学元素的影响,主要是硫、磷的影响,易在钢中形成低熔点共晶体,是一种脆硬组织,在应力的作用下引起结晶裂纹。其中的硫、磷等杂质可能来自材料本身,也有可能来自焊接材料中,也有可能来自焊接接头的表面。

  (2)、凝固结晶组织形态也是形成热裂纹的一种重要因素。晶粒越粗大,柱状晶的方向越明显,则产生结晶 裂纹的倾向就越大。也就是焊接线能量越大越易形成热裂纹。

  (3)、力学因素对热裂纹的影响:盾构机刀盘的刚性很大,工艺因素不当,装配工艺不当以及焊接缺陷等都会导致应力集中而加大焊缝的热应力,在结晶时形成热裂纹。

  防止措施:

  (1)、控制焊缝金属的化学成分,严格控制硫、磷的含量,适当提高含锰量,以改善焊缝组织,减少偏析,控制低熔点共晶体的产生。

  (2)、控制焊缝截面形状,宽深比要稍大些,以避免焊缝中心的 偏析。

  (3)、对于刚性大的盾构机刀盘,应选择合适的焊接规范,合理的焊接次序和方向,以减少焊接应力。

  (4)、除奥氏体钢等材料外,对于刚性大的盾构机刀盘,采取焊前预热和焊后缓冷的办法,是防止产生热裂纹的有效措施。

  3、盾构机焊接出现再热裂纹的原因

  在热处理温度下,由于应力的松驰产生附加变形,同时在热影响区的粗晶区析出沉淀硬化相(钼、铬、钒等的碳化物)造成回火强化,当塑性不足以适应附加变形时,就会产生再热裂纹。

  防止措施:

  (1)控制盾构机刀盘金属的化学成分(如钼、钒、铬的含量),使再热裂纹的敏感性减小。

  (2)工艺方面改善粗晶区的组织,减少马氏体组织,保证接头具有一定的韧性。

  (3)焊接接头:减少应力集中并降低残余应力,在保证强度条件下,尽量选用屈服强度低的焊接材料。

  4、盾构机焊接出现层状撕裂的原因

  金属材料的中含有较多的非金属夹杂物,Z向拘束应力大,热影响区的脆化等。

  防止措施:

  盾构机刀盘选用具有抗层状撕裂能力的钢材,在接头设计和焊接施工中采取措施降低Z向应力和应力集中。

  注:以上的专业建议,来自国内耐磨焊丝权威单位,北京固本科技有限公司。如果在盾构机焊接过程中出现的其他问题,可联系北京固本咨询。


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