手工电弧焊中焊缝裂纹产生原因及预防措施

赵予州

摘 要：焊接中会出现很多焊接缺陷，这类缺陷为焊接头中不连续不连接、不致密的结构。并且在焊接中，缺陷的种类由于产生原因的差异种类多种多样，有些是因为操作不正确或者焊接参数的问题造成，有些则是由于化学冶金以及凝固和相变过程中产生的物质引发。而在手工电弧焊中，会产生诸多缺陷，其中最大的缺陷便是焊缝裂纹，文章使重点针对焊缝裂纹进行了探讨，着重介绍了其种类、产生的原因以及修复措施，以期能够为焊缝裂纹的预防提供助力。

关键词：焊缝裂纹；种类；原因；预防

在焊接件中最常见的缺陷便是焊缝裂纹，由于受到焊接应力以及其他因素的影响，焊接部位的结构会发生局部的原子结合力破坏，从而产生缝隙出现新的界面。其特征显示为长宽比较大并且缺口尖锐。金属焊接性问题主要具有两大类：首先是焊接造成的材料性能改变，由于焊接材料性能的缺失使得焊件性能变坏，例如不锈钢耐腐蚀性的缺失；其次则是焊接件接头部位的母材中出现气孔或者裂纹。裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。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。

1 焊接裂纹的种类

1.1 焊接裂缝纹按形成原因一般分为三大类型。

1.1.1 热裂纹，该种裂纹之所以被称作热裂纹是由于其产生环境是在高温下，并且其开裂方向均沿奥氏体晶界，在形态上该种裂纹均表现为结裂纹，即裂纹出现在焊缝结晶的过程中。由于凝固金属在焊后会发生收缩，在固相线附近，晶粒液态薄膜承受不住拉力，从而会沿着晶界发生开裂。

1.1.2 冷裂纹，该种裂纹的之所以称作为冷裂纹，是由于其产生环境是在低温下，即在钢的马氏体转变温度附近约200-300℃之间，由于约束应力，淬硬组织和氢的作用，焊接接头产生裂纹。

1.1.3 脆裂，该种裂纹的产生是受到温度的改变而出现，由于温度的骤然降低，金属的性能会受到影响，焊缝会变脆，从而在焊接部位发生由于应力作用的破坏。此种焊缝裂纹便被称之为脆裂。

1.2 焊接裂纹按大小的差别，可分为：宏观裂纹，尺寸较大，可用肉眼或低倍放大镜观察到。微观裂纹，尺寸很小，必须用金相显微镜来观察。

1.3 根据裂纹分布区域的不同，可分为：内裂纹，在焊缝内部产生的裂纹。外裂纹，在焊接表面所产生的裂纹。弧坑裂纹，产生在焊缝收弧弧坑处的裂纹。

1.4 根据裂纹分布方向的不同，可分为：横向裂纹，垂直于焊缝的裂纹。纵向裂纹，平行于焊缝的裂纹。

2 冷裂纹产生的原因

冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时（对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下）产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹——因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。冷裂纹的延迟时间不定，由几秒钟到几年不等。

2.1 冷裂纹产生的影响因素

钢材的淬火倾向，残余应力，焊缝金属和热影响区的扩散氢含量，其中氢的作用是形成冷裂纹的重要因素。当焊缝和热影响区的含氢量较高时，焊缝中的氢在结晶过程向热影响区扩散，当这些氢不能逸出时，就聚集在离熔合线不远的热影响区中。如果被焊材料的淬火倾向较大，焊后冷却下来，在热影响区可能形成马氏体组织，该种组织脆而硬。在上焊后的焊接残余应力。在上述三个因素的共同作用下，导致冷裂纹的产生。

2.2 热裂纹的产生原因

在焊缝金属中的热裂纹也称凝固裂纹。焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。焊接热裂纹（welding hot breaking）多产生于接近固相线的高温下，有沿晶界分布的特征，有时也能在低于固相线的温度下沿着“多边化边界”形成。

焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内（母材金属）。按裂纹产生的机理、形态和温度区间不同，焊接热裂纹可分为：凝固裂纹，液化裂纹，多边化裂纹和失塑裂纹四种。焊缝金属中许多杂质的凝固温度都低于焊缝金属的凝固温度。这样首先凝固的焊缝金属把低熔点的杂质推到凝固结晶的晶粒边界，形成了一层液体薄膜，又因为焊接时熔池的冷却速度很大，焊缝金属在冷却的过程中发生收缩，使焊缝金属内产生拉应力。拉应力把凝固的焊缝金属沿晶粒边界拉开，又没有足够的液体金属补充时，就会形成微小的裂纹。随着温度的继续下降，拉应力增大，裂纹不断扩大，这就是凝固裂纹。

在热影响区溶合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或称热撕裂。多层焊时，前一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区，所以液化裂纹也可能在焊缝层间的熔化线附近产生。在焊接热循环作用下，不完全熔化晶界处的易熔杂质有一部分发生熔化，形成液态薄膜，在拉应力作用下，沿液态薄膜形成细小的裂纹。

3 防止裂纹产生的预防措施

3.1 防止冷裂纹产生的预防措施

焊前预热和焊后缓冷，不仅能改善焊接头的组织，降低热影响区的硬度和脆性，还能加速焊缝中的氢向外扩散，并起到减小焊接应力的作用，选用合适的焊接材料。如选用碱性低氧焊条，在焊前将焊条烘干，并随用随取。焊前应仔细清除坡口太慢，会使热影响区变宽，焊接时，应采用合理的装配和焊接顺序，以减小焊接周围的水，油，锈等污物，以减少氢的来源。选择合适的焊接规范，尤其针对焊接速度这一方面，必须保证焊接中的速度控制适中，过快以及过慢都是不允许的。若焊接过程中期速度过快，那么容易在焊接部位出现淬火组织。焊接速度残余应力。因此，在焊接处理后应当及时的去除焊接产生的氢，并对应力热处理进行消除，保证焊接处不存在参与应力，并令氢逸出焊接部位。一般焊后将焊件至于200-350度的温度中保持2小时以上6小时以下的时间，并进行冷却的方式即去氢处理，该处理方式能够加速氢的逸出。

3.2 防止热裂纹产生的预防措施

锰具有脱硫作用，母材和焊接材料若含硫量及含碳量高，而含锰量不足时，易产生热裂纹。一般要求母材，焊条，焊丝，含碳量一般不应超过0.12%。焊条电弧焊时，正确选用焊条型号，防止裂纹产生的重要措施便是使用优质的焊条。若是焊件刚性过大，那么在焊接过程中其结构不会产生较大的形变，而形变量小的结果便是会增大焊接应力，在这一作用的影响下便会出现热裂缝。在焊接过程中，焊接规范的和理性也是影响裂缝产生的因素之一，对焊件采取必要的缓冷以及预热措施，并对焊接方向以及顺序进行合理科学的安排，从而使得焊接中产生的焊接应力得到有效降低。调整焊缝金属的合金成分，如此，可以有效增加焊缝对金属热裂纹产生的抗性，在焊缝金属中加入可使晶粒细化的元素，有利于消除集中分布的液态薄膜，可有效地防止热裂纹的产生。热裂纹极易在弧坑中产生，即弧坑裂纹。焊条电弧焊时，一定要注意填满弧坑。焊接难以消除弧坑裂纹的材料时，应使用引出板把弧坑引出。

参考文献

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