手工電弧焊中焊縫裂紋產生原因及預防措施

趙予州

摘 要：焊接中會出現很多焊接缺陷，這類缺陷為焊接頭中不連續不連接、不致密的結構。并且在焊接中，缺陷的種類由于產生原因的差異種類多種多樣，有些是因為操作不正確或者焊接參數的問題造成，有些則是由于化學冶金以及凝固和相變過程中產生的物質引發。而在手工電弧焊中，會產生諸多缺陷，其中最大的缺陷便是焊縫裂紋，文章使重點針對焊縫裂紋進行了探討，著重介紹了其種類、產生的原因以及修復措施，以期能夠為焊縫裂紋的預防提供助力。

關鍵詞：焊縫裂紋；種類；原因；預防

在焊接件中最常見的缺陷便是焊縫裂紋，由于受到焊接應力以及其他因素的影響，焊接部位的結構會發生局部的原子結合力破壞，從而產生縫隙出現新的界面。其特征顯示為長寬比較大并且缺口尖銳。金屬焊接性問題主要具有兩大類：首先是焊接造成的材料性能改變，由于焊接材料性能的缺失使得焊件性能變壞，例如不銹鋼耐腐蝕性的缺失；其次則是焊接件接頭部位的母材中出現氣孔或者裂紋。裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷。焊接裂紋不僅發生于焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產生于焊后的再次加熱過程中。焊接裂紋根據其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。

1 焊接裂紋的種類

1.1 焊接裂縫紋按形成原因一般分為三大類型。

1.1.1 熱裂紋，該種裂紋之所以被稱作熱裂紋是由于其產生環境是在高溫下，并且其開裂方向均沿奧氏體晶界，在形態上該種裂紋均表現為結裂紋，即裂紋出現在焊縫結晶的過程中。由于凝固金屬在焊后會發生收縮，在固相線附近，晶粒液態薄膜承受不住拉力，從而會沿著晶界發生開裂。

1.1.2 冷裂紋，該種裂紋的之所以稱作為冷裂紋，是由于其產生環境是在低溫下，即在鋼的馬氏體轉變溫度附近約200-300℃之間，由于約束應力，淬硬組織和氫的作用，焊接接頭產生裂紋。

1.1.3 脆裂，該種裂紋的產生是受到溫度的改變而出現，由于溫度的驟然降低，金屬的性能會受到影響，焊縫會變脆，從而在焊接部位發生由于應力作用的破壞。此種焊縫裂紋便被稱之為脆裂。

1.2 焊接裂紋按大小的差別，可分為：宏觀裂紋，尺寸較大，可用肉眼或低倍放大鏡觀察到。微觀裂紋，尺寸很小，必須用金相顯微鏡來觀察。

1.3 根據裂紋分布區域的不同，可分為：內裂紋，在焊縫內部產生的裂紋。外裂紋，在焊接表面所產生的裂紋。弧坑裂紋，產生在焊縫收弧弧坑處的裂紋。

1.4 根據裂紋分布方向的不同，可分為：橫向裂紋，垂直于焊縫的裂紋。縱向裂紋，平行于焊縫的裂紋。

2 冷裂紋產生的原因

冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度時（對于鋼來說在MS溫度，即奧氏體開始轉變為馬氏體的溫度以下）產生的焊接裂紋。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時間才發生的裂紋——因為氫是最活躍的誘發因素，而氫在金屬中擴散、聚集和誘發裂紋需要一定的時間）。冷裂紋的延遲時間不定，由幾秒鐘到幾年不等。

2.1 冷裂紋產生的影響因素

鋼材的淬火傾向，殘余應力，焊縫金屬和熱影響區的擴散氫含量，其中氫的作用是形成冷裂紋的重要因素。當焊縫和熱影響區的含氫量較高時，焊縫中的氫在結晶過程向熱影響區擴散，當這些氫不能逸出時，就聚集在離熔合線不遠的熱影響區中。如果被焊材料的淬火傾向較大，焊后冷卻下來，在熱影響區可能形成馬氏體組織，該種組織脆而硬。在上焊后的焊接殘余應力。在上述三個因素的共同作用下，導致冷裂紋的產生。

2.2 熱裂紋的產生原因

在焊縫金屬中的熱裂紋也稱凝固裂紋。焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近的高溫區產生的裂紋。焊接熱裂紋（welding hot breaking）多產生于接近固相線的高溫下，有沿晶界分布的特征，有時也能在低于固相線的溫度下沿著“多邊化邊界”形成。

焊接熱裂紋通常產生于焊縫金屬內，也可能在焊接熔合線鄰近的熱影響區組織內（母材金屬）。按裂紋產生的機理、形態和溫度區間不同，焊接熱裂紋可分為：凝固裂紋，液化裂紋，多邊化裂紋和失塑裂紋四種。焊縫金屬中許多雜質的凝固溫度都低于焊縫金屬的凝固溫度。這樣首先凝固的焊縫金屬把低熔點的雜質推到凝固結晶的晶粒邊界，形成了一層液體薄膜，又因為焊接時熔池的冷卻速度很大，焊縫金屬在冷卻的過程中發生收縮，使焊縫金屬內產生拉應力。拉應力把凝固的焊縫金屬沿晶粒邊界拉開，又沒有足夠的液體金屬補充時，就會形成微小的裂紋。隨著溫度的繼續下降，拉應力增大，裂紋不斷擴大，這就是凝固裂紋。

在熱影響區溶合線附近產生的熱裂紋稱為液化裂紋或稱熱撕裂。多層焊時，前一焊層的一部分即為后一焊層的熱影響區，所以液化裂紋也可能在焊縫層間的熔化線附近產生。在焊接熱循環作用下，不完全熔化晶界處的易熔雜質有一部分發生熔化，形成液態薄膜，在拉應力作用下，沿液態薄膜形成細小的裂紋。

3 防止裂紋產生的預防措施

3.1 防止冷裂紋產生的預防措施

焊前預熱和焊后緩冷，不僅能改善焊接頭的組織，降低熱影響區的硬度和脆性，還能加速焊縫中的氫向外擴散，并起到減小焊接應力的作用，選用合適的焊接材料。如選用堿性低氧焊條，在焊前將焊條烘干，并隨用隨取。焊前應仔細清除坡口太慢，會使熱影響區變寬，焊接時，應采用合理的裝配和焊接順序，以減小焊接周圍的水，油，銹等污物，以減少氫的來源。選擇合適的焊接規范，尤其針對焊接速度這一方面，必須保證焊接中的速度控制適中，過快以及過慢都是不允許的。若焊接過程中期速度過快，那么容易在焊接部位出現淬火組織。焊接速度殘余應力。因此，在焊接處理后應當及時的去除焊接產生的氫，并對應力熱處理進行消除，保證焊接處不存在參與應力，并令氫逸出焊接部位。一般焊后將焊件至于200-350度的溫度中保持2小時以上6小時以下的時間，并進行冷卻的方式即去氫處理，該處理方式能夠加速氫的逸出。

3.2 防止熱裂紋產生的預防措施

錳具有脫硫作用，母材和焊接材料若含硫量及含碳量高，而含錳量不足時，易產生熱裂紋。一般要求母材，焊條，焊絲，含碳量一般不應超過0.12%。焊條電弧焊時，正確選用焊條型號，防止裂紋產生的重要措施便是使用優質的焊條。若是焊件剛性過大，那么在焊接過程中其結構不會產生較大的形變，而形變量小的結果便是會增大焊接應力，在這一作用的影響下便會出現熱裂縫。在焊接過程中，焊接規范的和理性也是影響裂縫產生的因素之一，對焊件采取必要的緩冷以及預熱措施，并對焊接方向以及順序進行合理科學的安排，從而使得焊接中產生的焊接應力得到有效降低。調整焊縫金屬的合金成分，如此，可以有效增加焊縫對金屬熱裂紋產生的抗性，在焊縫金屬中加入可使晶粒細化的元素，有利于消除集中分布的液態薄膜，可有效地防止熱裂紋的產生。熱裂紋極易在弧坑中產生，即弧坑裂紋。焊條電弧焊時，一定要注意填滿弧坑。焊接難以消除弧坑裂紋的材料時，應使用引出板把弧坑引出。

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