浅谈焊接裂纹缺陷产生的原因及预防措施
摘要：焊接缺陷是在焊接过程中焊接接头产生的金属不连续、不致密或连续不良的现象，焊接缺陷的形成不仅会降低结构的性能，影响结构的安全使用，严重时还将导致脆性破坏，引起重大安全事故。而焊接裂纹是一种危害性最大的一种常见焊接缺陷，为消除焊接裂纹，保证焊接接头质量，本文对焊接裂纹缺陷产生的原因及预防措施进行探讨分析。
关键字：焊接裂纹缺陷预防措施
焊接裂纹是在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下，焊接过程中或焊接后，焊接接头中局部区域（焊缝或焊接热影响区）的金属原子结合力遭到破坏而出现的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征。焊接裂纹是最危险的缺陷，除降低焊接接头的力学性能指标外，裂纹末端的缺口易引起应力集中，促使裂纹延伸和扩展，成为结构断裂失效的起源，焊接技术条件中是不允许焊接裂纹存在的。
1.焊接裂纹的产生的机理及形式
焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的
强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。
按照产生机理焊接裂纹可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹和层状撕裂裂纹几种。在焊接过程中，裂纹出现的位置和时间各不相同，裂纹可能出现在焊缝表面、焊缝内部、焊缝位置和热影响区等位置，裂纹的形成可能是在焊接过程中产生，也可能在焊后一段时间出现，后一种情况危害更为严重。
2.焊接裂纹产生的原因及预防措施
2.1 热裂纹
热裂纹产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，也称为沿晶裂纹，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。
2.1.1 热裂纹产生原因
由于焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，偏析出的物质多为低熔点共晶和杂质。它在结晶富哦成中以液态层间存在，在结晶时的高温强度极低，在一定条件下，拉伸应力足够大时，会将液态层间拉开或在其凝固过程中被拉断而形成热裂纹。
2.1.2 预防热裂纹的主要措施
预防热裂纹的主要措施主要有五个：一是限制钢材和焊材的低熔点杂质，如s、p含量；
二是控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计
算厚度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹；三是调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析；四是减少焊接拉应力五是操作上填满弧坑。
2.2 冷裂纹
焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出现的裂纹（这种冷裂纹称为延迟裂纹，特别是诸如14mnmovg、18mnmonbg、14mnmonbb等合金钢种容易产生此类延迟裂纹，也称之为延迟裂纹敏感性钢）。冷裂纹多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，其取向多与熔合线平行，但也有与焊道轴线呈纵向或横向的冷裂纹。冷裂纹多为穿晶裂纹（裂纹穿过晶界进入晶粒），其成因与焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化及组织转变产生的应力而开裂，或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂（称为氢脆裂纹），以及焊条（填充金属）或母材中的磷含量过高等因素有关。
2.2.1 冷裂纹产生的原因
根据不同位置的焊接产生冷裂纹原因不同，大致可以分为三种：一是焊接接头存在淬硬组织，性能脆化；二是扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹）；三是存在较大的焊接拉应力。
2.2.2预防冷裂纹的主要措施
冷裂纹预防的主要方法：一是选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性；二是减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）；三是避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）；四是降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等；五是焊后立即进行消氢处理（即加热到250℃，保温2～6左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。
2.3 再热裂纹
焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热（例如为消除焊接应力而采取的热处理或者其他加热过程，以及返修补焊等）时有可能产生的裂纹，多发生在焊结过热区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关。
2.3.1 再热裂纹产生的原因
产生再热裂纹的原因有二：一是与钢中所含碳化物形成元素（cr、mo、v、ti及b等）有关。如珠光体耐热钢中的v元素，会使应力松弛裂纹敏感性显著增加；二是与加热速度和加热时间有关，不同的钢种存在不同的易产生再热裂纹的敏感温度范围。
2.3.2预防再热裂纹的主要措施
一是控制基本金属及焊缝金属化学成分；二是控制钢的晶粒度，细化晶粒；三是采用低匹配焊接材料；四是改进接头形式，以减小接头刚性和应力集中；五是采用大线能量或高预热温度焊接；六是合理选择消除应力回火温度，以减低回火加热速度，减小温度应力。
2.4 层状撕裂裂纹
层状撕裂是冷裂纹的一种特殊形式。主要是由于钢板内存在着分层（沿轧制方向）的夹杂物（特别是硫化物），在焊接时产生的垂直于轧制方向（板厚方向）的拉伸应力作用下，在钢板中热影响区或稍远的地方，产生台阶式，与母材轧制表面平行的层状开裂。产生在t字型、k字型厚板的角焊接接头中。
2.4.1层状撕裂裂纹产生的原因
主要原因为沿钢板轧制方向存在分层夹杂物（如硫化物等），焊接时产生垂直于厚度方向的焊接应力。
2.4.2 防止层状撕裂的措施：
严格控制钢材的含硫量，改进接头形式和坡口形状，与焊缝连接的坡口表面预先堆焊过渡层，选用强度等级较低的低氢型焊接材料，采用低焊接热输入和焊接预热
3.结束语
本文详细分析了焊接裂纹的基本特征、产生原因和预防措施，为焊接过程中消除焊接裂纹缺陷提供可靠支撑，以便于相关专业人员更好进行焊接操作。
