焊接裂紋的產(chǎn)生原因及防治措施

　　在焊縫或近縫區(qū)，由于焊接的影響，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為焊接裂縫，它具有缺口尖銳和長寬比大的特征。按產(chǎn)生時(shí)的溫度和時(shí)間的不同，裂紋可分為：熱裂紋、冷裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋和層狀撕裂。

　　在焊接生產(chǎn)中，裂紋產(chǎn)生的部位有很多。有的裂紋出現(xiàn)在焊縫表面，肉眼就能觀察到；有的隱藏在焊縫內(nèi)部，通過探傷檢查才能發(fā)現(xiàn)；有的產(chǎn)生在焊縫上；有的則產(chǎn)生在熱影響區(qū)內(nèi)。值得注意的是，裂紋有時(shí)在焊接過程中產(chǎn)生，有時(shí)在焊件焊后放置或運(yùn)行一段時(shí)間之后才出現(xiàn)，后一種稱為延遲裂紋，這種裂紋的危害性更為嚴(yán)重。常見裂紋的發(fā)生部位與型態(tài)如下圖所示。

　　常見裂紋的發(fā)生部位與型態(tài)

　　2、焊接裂紋的危害

　　焊接裂縫是一種危害最大的缺陷，除了降低焊接接頭的承載能力，還因裂縫末端的尖銳缺口將引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，促使裂縫擴(kuò)展，最終會導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的破壞，使產(chǎn)品報(bào)廢，甚至?xí)饑?yán)重的事故 。通常，在焊接接頭中，裂縫是一種不允許存在的缺陷。一旦發(fā)現(xiàn)即應(yīng)徹底清除，進(jìn)行返修焊接。

　　3、焊接裂紋的產(chǎn)生原因及防治措施

　　由于不同裂縫的產(chǎn)生原因和形成機(jī)理不同，下面就熱裂縫、冷裂縫和再熱裂縫三類分別予以討論。

　　3.1、熱裂紋熱裂縫一般是指高溫下（從凝固溫度范圍附近至鐵碳平衡圖上的A3線以上溫度）如下圖所示所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂縫或結(jié)晶裂縫。

　　熱裂縫通常在焊縫內(nèi)產(chǎn)生，有時(shí)也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，如圖所示。

　　原因：由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層存在形成偏析，凝固以后強(qiáng)度也較低，當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時(shí)，就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂縫。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，則在加熱溫度超過其熔點(diǎn)的熱影響區(qū)，這些低熔點(diǎn)化合物將熔化而形成液態(tài)間層，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí)，也會被拉開而形成熱影響區(qū)液化裂縫。總之，熱裂縫的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素綜合作用的結(jié)果。

　　防治措施：防止產(chǎn)生熱裂縫的措施，可以從冶金因素和力學(xué)因素兩個(gè)方面入手?？刂颇覆募昂覆挠泻υ?、雜質(zhì)含量限制母材及焊接材料（包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體）中易偏析元素及有害雜質(zhì)的含量。特別應(yīng)控制硫、磷等雜質(zhì)元素的含量和降低含碳量。硫幾乎不溶于鋼，它與鐵生成低熔點(diǎn)的硫化鐵（FeS）。焊接時(shí)，硫化鐵的存在會導(dǎo)致焊縫熱裂和在熱影響區(qū)出現(xiàn)液化裂縫，使焊接性能變壞；同對硫以薄膜形式存在于晶界， 會使鋼的塑性和韌性下降。一般用于焊接的鋼材中硫含量應(yīng)不大于0.045%。有時(shí)還需要更嚴(yán)格的控制。磷會使鋼的塑性和韌性下降，提髙鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，并使焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂縫。磷含量應(yīng)不大于0.055%。有時(shí)還需要更嚴(yán)格的控制。材料的焊接性能與含碳量密切相關(guān)。鋼材含碳量越髙，焊接性能變差。一般認(rèn)為，焊縫中碳含量控制在0.10 %以下，熱裂縫敏感性可大大降低。

　　調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成份，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點(diǎn)共晶的有害影響。例如焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，采用奧氏體加鐵素體的雙相組織焊縫，可以提高其抗熱裂性能。而單相奧氏體組織的焊縫，則容易產(chǎn)生熱裂紋。采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含量，改善結(jié)晶時(shí)的偏析程度?？刂坪附右?guī)范，適當(dāng)提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊法，避免中心線偏析， 可防止中心線裂縫，焊接時(shí)，單道焊縫截面上焊縫寬度與焊縫厚度的比值叫焊縫的形狀系數(shù)或焊縫成形系數(shù)。

　　當(dāng)焊縫的形狀系數(shù)過小時(shí)，焊縫窄而深，低熔點(diǎn)雜質(zhì)會聚集在焊縫中心，產(chǎn)生熱裂縫的可能性大大增加，當(dāng)焊縫的形狀系數(shù)較大時(shí)，焊縫寬而淺，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)聚集在焊縫近表面區(qū)，大大降低了中心線裂縫的傾向。采取降低焊接應(yīng)力工藝措施采取各種降低焊接應(yīng)力的工藝措施，如采用合理的焊接順序和方法、釆用較小的焊接線能量、整體預(yù)熱和錘擊法等。收弧時(shí)填滿弧坑，可避免產(chǎn)生弧坑裂縫。

　　3.2、冷裂紋

　　冷裂縫一般是指焊縫在冷卻過程中至A3溫度以下所產(chǎn)生裂縫。形成裂縫的溫度通常為300~200℃以下，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，故稱冷裂縫。冷裂縫可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時(shí)間才發(fā)生，故也稱為延遲裂縫。由于冷裂縫的產(chǎn)生與氫有關(guān)，也稱氫致裂縫。冷裂縫的產(chǎn)生具有延遲性質(zhì)，有可能造成預(yù)料不到的嚴(yán)重事故。因此，它具有更大的危險(xiǎn)性，必須充分重視。

　　冷裂紋產(chǎn)生原因

　　形成冷裂縫的基本條件是：焊接接頭形成淬硬組織；擴(kuò)散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應(yīng)力。這三個(gè)條件相互影響，相互促進(jìn)。在不同情況下，三者中任何一個(gè)因素都可能導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生，其中擴(kuò)散氫是誘發(fā)冷裂縫的最活躍的因素。

　　冷裂紋防治措施

　　1）采用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中的擴(kuò)散氫含量。堿性焊條又稱低氫焊條，能降低焊縫金厲中的含氫量。2）焊條和焊劑在使用之前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的要求進(jìn)行烘干。此外，還應(yīng)仔細(xì)清理坡口和焊絲，去除油污、水份和銹斑等贓物，以減少氫的來源。3）選擇合理的焊接規(guī)范和線能量，如焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后緩冷等，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)。4）焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理。一是進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。5）提髙鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀?yuàn)A雜物，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝方面采取措施減小板厚方向上的焊接拉應(yīng)力，可防止層狀撕裂。6）采取降低焊接應(yīng)力的各種工藝措施（詳見熱裂縫，防止措施）

　　3.3、再熱裂紋

　　再熱裂縫起源于焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，具有晶界斷裂的特征。裂縫大多發(fā)生在應(yīng)力集中部位。一般在焊縫區(qū)域再次受到加熱時(shí)形成，故稱再熱裂縫。

　　再熱裂紋產(chǎn)生原因

　　產(chǎn)生再熱裂縫的原因，一般認(rèn)為是在再加熱時(shí)，在第一次熱過程中過飽和固溶的碳化物（主要是釩、鉬的碳化物）再次析出，造成晶內(nèi)強(qiáng)化，使滑移應(yīng)變集中于原先的奧氏體晶界。當(dāng)晶界的塑性應(yīng)變能力不足以承受松弛應(yīng)力過程中所產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)，就形成再熱裂縫。

　　再熱裂紋防治措施

　　1）減小殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中，如提高預(yù)熱溫度、焊后緩冷、使焊縫與母材平滑過渡等。2）在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧希购缚p金屬的高溫強(qiáng)度稍低于母材，讓應(yīng)力在焊縫中松弛，可避免在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂縫。3）在保證室溫接頭強(qiáng)度的情況下，提高消除應(yīng)力退火溫度，致使析出比較粗大的碳化物粒子，以改善高溫延性。

　　編輯：黃飛