常見焊接裂紋成因及防治策略研究
科技專論
作者：楊立明 李廣泉
【摘要】焊接中最危險的缺陷就是裂紋，裂紋末端尖銳，裂紋使應力顯著提高。通常焊接裂紋不是有焊工違規操作造成，多數焊接裂紋是由不合適的焊接工藝規程所引起。在實際的焊接操作過程中，焊接工程質量始終與焊接缺陷有聯係。焊接裂紋的出現往往會給焊接工程造成嚴重後果。本文主要分析常見焊接裂紋的成因，提出防治措施。
【關鍵詞】焊接缺陷；焊接裂紋；防治策略
1、常見焊接裂紋的原因分析
1.1結晶裂紋。通常焊接裂紋的出現多是由於焊接材質的金屬純度不同，純金屬和雜質的結晶熔點溫度不同，在焊接時，低熔點的雜質很易形成結晶外“液態薄膜”，進而導致晶體之間的結合力出現差別，便形成了晶粒間的薄弱地帶。並且在焊縫金屬的結晶同時，體積減小，周圍金屬的約束引起它的收縮而引起焊縫金屬收到拉伸力的作用下產生拉伸變形，此時，若此變形的拉伸力超出了晶粒邊界的承受範圍，就會出現裂紋。所以說，形成結晶裂紋的原因一是液態薄膜的存在，二是焊接凝固過程中受到的拉伸力的共同作用。
1.2液化裂紋。本質上來將，液化裂紋的形成因素也是合金因素和力學因素共同作用的結果。在合金進行焊接時，近縫區金屬或焊縫層間金屬，奧氏體晶界上低熔共晶組成物在焊接高溫的影響下重新融化，經拉伸力作用而開裂，從而形成液化裂紋。另外，由於合金的熔點不同，在不均衡的溫度下，金屬間化合物分解和元素擴散，造成局部共晶成分偏高而發生局部晶間液化，也會形成液化裂紋。
1.3多邊化裂紋。這種焊縫多出現在多層焊接的近縫區金屬中，其形成的最主要因素就是反複的加熱和冷卻，並且多邊化裂紋多呈現超微觀裂紋的形式。多邊化裂紋的形成原因一方麵從力學角度分析，因合金經反複加熱和冷卻，金屬受到反複和複雜的拉伸力，其應力狀態複雜多變，且變化頻率大，使結晶過程中存在足夠高的應變速率。另一方麵從冶金的因素分析，焊接金屬在結晶前沿下的固態金屬中的大量點陣缺陷，在經受快速的溫度變化時，被保留在焊縫金屬內。在快速的高溫和冷卻過程中，這些缺陷由高能部位向低能部位轉移和聚變，進而形成穩定的亞結構，這就形成了多變化裂紋。
1.4冷裂紋。相對於其他焊接裂紋缺陷，在實踐工作中，延遲裂紋是最經常遇見的。通常高強鋼焊接產生延遲的原因主要有：（一）鋼種的淬硬傾向，焊接接頭的化學成分是最主要的影響因素，其次比如結構板的厚度、焊接工藝、冷卻條件等都是影響淬硬傾向的因素；（二）焊接接頭的含氫量以及分布，經研究和實踐證明，焊接件產生延遲裂紋的最主要因素就是氫，並且隨著含氫量的增加，其產生延遲裂紋的傾向也越大，當含氫量達到某一臨界值時，便開始出現裂紋。因此延遲裂紋的大小和數量是和含氫量成正比的。（三）焊接結構的拘束應力狀態，熱應力、壓應力和拉應力是焊接時焊接區存在的主要應力，另外在焊接完成之後，還存在一定程度的殘餘應力。由於焊接接頭存在氫，氫會在應力的作用下，在高溫條件下聚集產生氫致裂紋。