焊接裂纹产生的原因及预防措施

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇焊接裂纹产生的原因及预防措施范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要 裂纹是焊接结构最危险的一种缺陷，不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。所以如何避免裂纹的产生是保证焊接质量的关键。本文着重从焊接裂纹形成原因，影响裂纹生成的因素以及防止措施三方面进行探讨。

关键词 热裂纹；冷裂纹；产生原因；预防措施

中图分类号TG4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2013）101-0075-02

0引言

在焊接应力及其他致脆因素的作用下，焊接接头中局部区域因开裂而产生的缝隙称为焊接裂纹。在焊接生产中出现的裂纹形式是多种多样的，根据裂纹产生的情况，可把焊接裂纹归纳为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂。下面主要讨论较为常见的热裂纹和冷裂纹。

1热裂纹

热裂纹是高温下在焊缝金属和焊缝热影响区中产生的一种沿晶裂纹。

热裂纹产生的原因 焊接是一个局部加热的过程，液体由液态向固态转变的过程需要放热，体积缩小，焊缝金属凝固后，在冷却过程中处于放热状态，因此体积收缩。但焊缝周围金属性能稳定，焊缝金属的收缩受到阻碍，因而使焊缝受到拉力作用。在焊缝开始凝固、结晶时，液体流动性较小，因此产生的拉应力不会引起裂纹。此时的液体金属可以在晶粒间自由流动，因而拉应力造成的晶粒间隙能被液体金属填满。当温度继续下降时，柱状晶体继续生长，拉应力也逐渐增长。之所以焊缝中的共晶体被柱状晶体推向晶界，聚集在晶界上，是因为焊缝中低熔共晶体的熔点比较低，凝固的时间晚。在焊缝金属基本上都凝固时，小部分低熔点的金属还未完全凝固，在晶界上形成了一种“液体夹层”，拉应力在此时已经变的比较大了，然而液体金属本身强度很小，这大大减弱了晶粒间的结合。在拉应力的作用下，柱状晶体之间的间隙被增大，低熔点液体金属这时填充不了被增大的空隙，因此产生了裂纹。

1.1由此可见，拉应力是产生热裂纹的外因，晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因，拉应力作用在低熔点共晶体处的晶界上而造成裂纹。

1.2影响生成热裂纹的因素

1）合金元素的影响。合金元素是影响热裂纹倾向最根本的因素，其中主要有以下几个：

硫：硫在钢中能形成多种低熔点共晶体，同铁会形成FeS，FeS与铁以及FeS与FeO会形成低于钢熔点的共晶体，它们在焊缝结晶时聚集在晶界上，当焊缝金属大部分已凝固时，它尚未凝固，形成液态薄膜，因而增大热裂纹倾向。

碳：碳素钢和低合金钢含碳量增加时，焊缝金属的淬硬性增加，由于组织变化而产生的应力增大，从而增大产生热裂纹的倾向。除此以外，低熔点共晶体由碳易与钢中的铬、镍等元素形成，可以有效降低硫在铁中的溶解度，析出的硫会富集在晶界上，因而增大热裂纹倾向。

硅：当硅含量超过0.4%时，容易形成硅酸盐，增大热裂纹倾向；

2）一次结晶组织的影响。熔池金属在一次结晶中，晶粒越粗大，柱状晶的方向性越明显，产生热裂纹的倾向就越大；

3）力学条件的影响。焊接拉应力是产生裂纹的必要条件，当结构形状复杂、接头刚性大、焊缝冷却速度快和焊接顺序不合理时，焊接拉应力增大，热裂纹倾向就大。

1.3防止热裂纹的措施

1）限制或减小含硫量 对碳钢和低合金钢来说，含硫量应不大于0.025%～0.045%；对于焊丝来说，含硫量一般不大于0.03%。焊接高合金钢用的焊丝，其含硫量则不大于0.02%；

2）降低焊缝的含碳量 钢材中含碳量越高，焊接性能越差。通过实践得知，当焊缝金属中的含碳量小于0.15%时，产生裂纹的倾向大大减小。所以一般碳钢焊丝最高含碳量都不超过0.11%；

3）提高焊材的含锰量 锰与FeS作用生成MnS。MnS的熔点高，不会与其它元素形成低熔点共晶体，所以可降低硫的有害作用；

4）加变质剂 焊缝金属中加入钛、铝、锆、硼或稀土金属铈和镧等变质剂起细化晶粒的作用，晶粒增多，晶界也随之增多。这样，会把低熔点共晶体分散开，使处在晶界局部区域的杂质减少，有利于消除热裂纹；

5）形成双相组织 如铬镍奥氏体不锈钢，当焊缝形成奥氏体加铁素体时，打乱了奥氏体的方向性、使焊缝组织变细，从而提高了焊缝的抗热裂性能；

6）采用适当的工艺措施 选择合理的焊接顺序和焊接方向，对焊件采用焊前预热和焊后缓冷可有效地减小焊接应力，防止热裂纹的产生。

2 冷裂纹

冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹。它可以在焊后立即出现，或延迟几小时、几周，甚至更长的时间产生，所以冷裂纹又称延迟裂纹。

2.1冷裂纹产生的原因

1）淬硬倾向 焊接时，钢的淬硬倾向越大，得到的马氏体组织越多，马氏体是一种硬脆组织，在一定的应变条件下，发生脆性断裂，形成裂纹。

氢的作用：随着温度的降低，焊缝金属将发生组织转变， 存在其中的氢在不同组织的溶解度不同，析出来的氢就会向周围热影响区域逐步扩散，最后慢慢聚集到熔合线左右形成富氢带，如果这时此区域存有的晶格空位、空穴等出现显微缺陷，氢原子就会自动组合成分子状态的氢，因此会带给局部区域较大的压力，再加上组织在转变时因体积膨胀形成的相变应力等的情况，就会发生钢裂纹。

2）焊接应力 焊接接头内部存在的应力，一是由于温度分布不均造成的温度应力和相变形成的组织应力；二是外部应力，包括刚性约束条件、焊接结构的自重、工作载荷等引起的应力。

总之，氢、淬硬组织和应力这三个因素是导致冷裂纹的主要原因，在不同情况下，三者中有一种是主导因素。

2.2防止冷裂纹的措施

焊前预热与焊后缓冷：经过预热来减少因温差大而产生出的应力，使冷却的速度得到缓解，显微组织得到改进。焊后缓冷则可以有效减缓焊接热影响区的硬度与脆性，塑性得到提高，接头中的氢得以加速扩散出去。

1）采用减少氢的工艺措施 焊前将焊条、焊剂烘干；正确选择电源与极性；注意操作方法；

2）合理选用焊接材料：为了尽量减少焊接时带入焊缝中的氢含量，选择焊条时，应选择碱性低氢型的焊条；

3）采用适当的工艺参数：可对焊接速度进行相应的调整，必要时，应把速度放慢，以减缓焊接接头冷却速时间。焊接时如果速度过快，很容易发生淬火组织；过低，晶粒粗大，淬火区加宽。两者都将产生焊接冷裂纹；

4）选用合理的装焊顺序 可改善焊件的应力状态；

5）进行焊后热处理：可采用高温回火及改善接头组织及性能等，以便氢的排出及减少焊接应力。

3 结论

本文通过分析焊缝中裂纹产生的原因，从而提出了相应的预防措施。在实际生产中，只要严格执行以上工艺措施及操作要点，就能有效的保证焊缝质量。

参考文献

[1]焊接工艺学.机械工业出版社.

[2]陈圣鸿.焊接工艺与方法.南昌航院焊接教研室，1993.