焊接接头再热裂纹产生原因，措施及方法王俊峰

焊接接头再热裂纹产生原因，措施及方法王俊峰

王俊峰李义楠

中车齐齐哈尔公司货车分厂黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：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。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：焊接热裂纹；产生原因；防止措施

引言：

在钢制结构制造中，焊接接头是不可少的，由于不同焊缝在构件中所承受的载荷不同，而它们质量的好坏直接影响到该结构的正常和安全使用，决定质量的因素与焊缝生成缺陷的机率又有很大的关系，故解决好防止严重缺陷产生的方法就是焊接专业人员共同追求的目标。而实际生产中焊接缺陷的产生又是不可避免的，特别是焊接裂纹在结构焊缝中是薄弱环节，它不仅给生产带来许多困难，而且可能带来灾难性的事故。为了更好的保障结构的安全使用，减少和防止焊接裂纹的生成成为控制焊接质量的重要因素。

一、焊接裂纹的分类

在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同，可能出现各种裂纹，裂纹的形态和分布特征都是很复杂的，有焊缝的表面、内部裂纹，有热影响区的横向、纵向裂纹，有焊缝和焊道下的深埋裂纹，也有在弧坑处出现的弧坑裂纹。如果按产生裂纹的本质来分，可分为：热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹五大类。在这里我们将对热裂纹进行讨论、分析。

二、焊接热裂纹形成机理、影响条件与预防措施

（一）结晶裂纹

（1）结晶裂纹形成机理

焊缝在结晶过程中先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶界，这些杂质所形成的共晶都具有较低的熔点。低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓《液态薄膜》，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带，在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。结晶裂纹多发生在焊缝中树枝状晶的交界处。

（2）影响结晶裂纹的因素

1）冶金因素的影响。结晶裂纹的冶金因素主要是合金状态图的类型、化学成分和结晶组织形态，随着合金状态图结晶温度区间的增大，结晶裂纹的倾向也增大。

2）合金元素的影响。合金元素对产生结晶裂纹的影响十分复杂，但又非常重要，是影响裂纹最本质的因素。多种合金元素的相互影响，往往比单一元素复杂的多。如在碳钢和低合金钢中，硫磷都会增高结晶裂纹的倾向，即便是微量存在也会使结晶区间大为增加。钢中的碳元素是影响结晶裂纹的主要元素，并能加剧其他元素的有害作用，如硫、磷等元素。

3）一次结晶组织形态的影响。焊缝在结晶后，晶粒的大小、形态和方向以及析出的初生相等对抗裂性都有很大的影响，一般来说晶粒越粗大，越易产生裂纹，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的倾向就越大。

（3）结晶裂纹的防止措施

结晶裂纹是焊接中的缺陷。对于它的防止措施有两大方面，一方面是从冶金方面，一方面是从工艺方面。从冶金方面来说：（1）严格按照国家的标准用料，因为材料质量的好坏是焊接的关键；（2）控制母材有害元素含量，控制好有害元素可以加强塑性、降低腐蚀性；（3）提高抗结晶裂纹能力，可以防止减小裂纹程度或出现裂纹；（4）提高熔渣的碱度，可以提高焊缝的脱氧或脱硫。从工艺方面来说：（1）提高抗裂能力参数；（2）延长冷却时间；（3）降低接头刚性。这些都是防止出现结晶裂纹的方法。

（二）液化裂纹

（1）液化裂纹形成机理

液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，一般认为是由于焊接时近缝区金属或焊缝层面间金属，在高温下低熔点共晶组成物被重新熔化，在拉伸应力的作用下，沿奥氏体晶面开裂而形成的裂纹。另外，在不平衡的加热和冷却条件下，由于金属间化合物分解和元素的扩散，造成了局部地区共晶成分偏高而发生局部晶间液化，同样也会产生液化裂纹。

（2）液化裂纹的影响因素

液化裂纹的形成机理与结晶裂纹基本一致，因此，影响因素也大致相同，也是冶金因素和力学因素共同作用的结果。冶金因素的影响与结晶裂纹影响因素一致。从工艺因素影响来看，其中焊接线能量对液化裂纹有很大的影响，线能量越大，由于输入的热量多，晶界低熔相的熔化就越严重，晶界处于液态的时间就越长，因此液化裂纹的倾向也就越大。另外，由于许多薄层焊道组成的焊缝，比几个厚焊层组成的焊缝的总应力低，因此，线能量的增加，不仅能促使晶界液化，而且也增加了焊缝的应力，使液化裂纹倾向增大。熔池的形状与产生液化裂纹有关，如焊缝的断面呈明显的倒草帽形，该处易产生液化裂纹。

（3）液化裂纹的防止措施

在焊接中出现液化裂纹是一大缺陷，对于它的防止措施有：（1）选用对液化裂纹不敏感的母材。例如，含有Mn元素较高的母材；（2）将焊丝倾斜，减少焊缝的凹度；（3）提高母材的纯度，以此来降低线能量。

（三）多边化裂纹

（1）多边化裂纹形成机理

多边化裂纹多数是在焊缝中产生，它是在结晶前沿已凝的固相晶粒中萌生出大量的晶格缺陷，并且在快速的冷却条件下，由于不易扩散，它们以过饱和状态保留于焊缝金属中，在一定温度和应力的条件下，晶格缺陷由高能部位向低能部位转化，即发生移动和聚集，从而形成二次边界，即所谓的“多边化边界”。另外，母材热影响区在焊接热循环的作用下，由于热应变，金属中的畸变能增加，同样也会形成多边化边界。这种多边化的边界，一般情况下并不与一次晶界重合，在焊接后的冷却过程中，由于热塑性降低，导致沿多边化的边界产生裂纹。

（2）多边化裂纹的影响因素

1）合金成分的影响。由分析我们知道，多边化所需的激活能越高，则晶格缺陷的移动和聚集就越慢，形成多边化的时间就越大，因此，焊缝金属中元素激活能量越低，就越容易产生多边化裂纹。

2）温度的影响。在形成多边化过程中，温度越高，所需时间就越短，因此，就会增加形成多边化裂纹的倾向。

（3）多边化裂纹的防止措施

在焊接中出现应力裂纹是一大缺点，对于它的防止措施有：（1）选用对消除应力裂纹不敏感的母材；（2）控制材料的杂质；（3）采用强度低、塑性高的焊接材料；（4）改进接头的形式，控制焊接残余应力。就工艺方面来说：（1）要进行预热，温度在200～450摄氏度左右的效果最好，也可以适当提高；（2）进行后热，与预热效果一样，它还可以降低预热温度。

三、结语

总之，随着钢铁、石油化工、电力等工业的发展，在焊接结构方面都取向大型化、大容量和高参数的方向发展，有的还在低温、深冷、腐蚀介质等环境下工作，因此，各种低合金、高强钢、中高合金钢、超高强钢，以及各种合金材料的应用日益广泛。但是随着这些钢种和合金材料的应用，在焊接生产上带来了许多新问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接热裂纹，它是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。为了能有效的减少由于焊接热裂纹引起的事故，很有必要对焊接热裂纹产生原因进行分析，并制定出防止产生裂纹的措施。

参考文献：

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