焊接裂纹产生原因和预防措施

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1、焊接裂纹产生原因和预防措施　　摘要裂纹是焊接结构最危险的一种缺陷，不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。所以如何避免裂纹的产生是保证焊接质量的关键。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。关键词热裂纹；冷裂纹；产生原因；预防措施中图分类号TG4文献标识码A文章编号1674-6708（2013）101-0075-020引言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

2、裂纹、再热裂纹和层状撕裂。下面主要讨论较为常见的热裂纹和冷裂纹。1热裂纹热裂纹是高温下在焊缝金属和焊缝热影响区中产生的一种沿晶裂纹。热裂纹产生的原因6焊接是一个局部加热的过程，液体由液态向固态转变的过程需要放热，体积缩小，焊缝金属凝固后，在冷却过程中处于放热状态，因此体积收缩。但焊缝周围金属性能稳定，焊缝金属的收缩受到阻碍，因而使焊缝受到拉力作用。在焊缝开始凝固、结晶时，液体流动性较小，因此产生的拉应力不会引起裂纹。此时的液体金属可以在晶粒间自由流动，因而拉应力造成的晶粒间隙能被液体金属填满。当温度继续下降时，柱状晶体继续生长，

3、拉应力也逐渐增长。之所以焊缝中的共晶体被柱状晶体推向晶界，聚集在晶界上，是因为焊缝中低熔共晶体的熔点比较低，凝固的时间晚。在焊缝金属基本上都凝固时，小部分低熔点的金属还未完全凝固，在晶界上形成了一种“液体夹层”，拉应力在此时已经变的比较大了，然而液体金属本身强度很小，这大大减弱了晶粒间的结合。在拉应力的作用下，柱状晶体之间的间隙被增大，低熔点液体金属这时填充不了被增大的空隙，因此产生了裂纹。1.1由此可见，拉应力是产生热裂纹的外因，晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因，拉应力作用在低熔点共晶体处的晶界上而造成裂纹。1.2影响生

4、成热裂纹的因素1）合金元素的影响。合金元素是影响热裂纹倾向最根本的因素，其中主要有以下几个：硫：硫在钢中能形成多种低熔点共晶体，同铁会形成FeS，FeS与铁以及FeS与FeO会形成低于钢熔点的共晶体，它们在焊缝结晶时聚集在晶界上，当焊缝金属大部分已凝固时，它尚未凝固，形成液态薄膜，因而增大热裂纹倾向。6碳：碳素钢和低合金钢含碳量增加时，焊缝金属的淬硬性增加，由于组织变化而产生的应力增大，从而增大产生热裂纹的倾向。除此以外，低熔点共晶体由碳易与钢中的铬、镍等元素形成，可以有效降低硫在铁中的溶解度，析出的硫会富集在晶界上，因而增大热

5、裂纹倾向。硅：当硅含量超过0.4%时，容易形成硅酸盐，增大热裂纹倾向；2）一次结晶组织的影响。熔池金属在一次结晶中，晶粒越粗大，柱状晶的方向性越明显，产生热裂纹的倾向就越大；3）力学条件的影响。焊接拉应力是产生裂纹的必要条件，当结构形状复杂、接头刚性大、焊缝冷却速度快和焊接顺序不合理时，焊接拉应力增大，热裂纹倾向就大。1.3防止热裂纹的措施1）限制或减小含硫量对碳钢和低合金钢来说，含硫量应不大于0.025%～0.045%；对于焊丝来说，含硫量一般不大于0.03%。焊接高合金钢用的焊丝，其含硫量则不大于0.02%；2）降低焊缝的含

6、碳量钢材中含碳量越高，焊接性能越差。通过实践得知，当焊缝金属中的含碳量小于0.15%时，产生裂纹的倾向大大减小。所以一般碳钢焊丝最高含碳量都不超过0.11%；3）提高焊材的含锰量6锰与FeS作用生成MnS。MnS的熔点高，不会与其它元素形成低熔点共晶体，所以可降低硫的有害作用；4）加变质剂焊缝金属中加入钛、铝、锆、硼或稀土金属铈和镧等变质剂起细化晶粒的作用，晶粒增多，晶界也随之增多。这样，会把低熔点共晶体分散开，使处在晶界局部区域的杂质减少，有利于消除热裂纹；5）形成双相组织如铬镍奥氏体不锈钢，当焊缝形成奥氏体加铁素体时，打乱了

7、奥氏体的方向性、使焊缝组织变细，从而提高了焊缝的抗热裂性能；6）采用适当的工艺措施选择合理的焊接顺序和焊接方向，对焊件采用焊前预热和焊后缓冷可有效地减小焊接应力，防止热裂纹的产生。2冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹。它可以在焊后立即出现，或延迟几小时、几周，甚至更长的时间产生，所以冷裂纹又称延迟裂纹。2.1冷裂纹产生的原因1）淬硬倾向焊接时，钢的淬硬倾向越大，得到的马氏体组织越多，马氏体是一种硬脆组织，在一定的应变条件下，发生脆性断裂，形成裂纹。氢的作用：随着温度的降低，焊缝金属将发生组织转变，6存在其中的氢

8、在不同组织的溶解度不同，析出来的氢就会向周围热影响区域逐步扩散，最后慢慢聚集到熔合线左右形成富氢带，如果这时此区域存有的晶格空位、空穴等出现显微缺陷，氢原子就会自动组合成分子状态的氢，因此会带给局部区域较大的压力，再加上组织在转变时因体积膨胀形成的相变应力等的情