焊接中接头裂纹的形成与预防

□郭淑梅 李 超

焊接是一项非常复杂的工艺，在工业生产中起到了重要的作用。但是，焊接工艺比较复杂，对焊接人员的要求也比较高。由于各方面原因，在焊接过程中，可能会出现接头裂纹的现象，从而对焊接性能造成一定的影响。本文简要描述了焊接过程中接头裂纹及其特征，进而论述焊接中出现接头裂纹的过程，从而提出了预防焊接过程中接头裂纹形成的措施，能够进一步促进焊接工艺的发展。

一、焊接中接头裂纹的特征

在焊接过程中，接头裂纹的产生是比较常见的现象，也是影响焊接性能的重要原因。接头裂纹的产生有很多原因，其产生的裂纹特征也不尽相同。根据产生部位不同，焊接中接头裂纹可以分为以下两种:第一，焊接金属中的裂纹，主要分为横向和纵向裂纹，还有其他的显微裂纹等等，显微裂纹在多层焊接时更容易出现;第二，热影响区的裂纹，主要包括显微热裂纹、层状裂纹等等，同时还可以根据裂纹产生的温度条件不同，主要分为热裂纹和冷裂纹。

二、焊接中接头裂纹的形成过程

焊接过程涉及到一些物理和化学等方面的知识，是一项非常复杂的工艺，与焊接物及周边的环境密切相关。焊接过程中接头裂纹的形成主要分为以下几个阶段:

(一)第一个阶段:液固阶段。根据焊接中裂纹产生的相关机理可以知道，焊接过程中，焊接物逐渐从高温冷却至低温，在高温冷却时，晶核的数量还比较少;在逐渐冷却的过程中，晶核的体积在逐渐变大，同时数量也会进一步增多;但是在高温冷却的过程中，液相还是占据着比较大的比例，因此晶粒之间有液体进行填充，晶粒之间可以自由流动，不会发生阻塞的现象。如果遇到外力进行拉伸，裂缝区也会立即被液体金属填满，因此在该阶段产生裂缝的概率比较小。

(二)第二阶段:固液阶段。在第一阶段的基础上，随着温度的进一步降低，焊接熔池中的固体颗粒在不断增多，而且晶核的体积也在不断长大，这时，液体的体积逐渐减小，固体在焊接熔池中开始占据比较大的比例。这时，晶体之间没有足够的液体维持，相互摩擦碰撞，进而逐渐叠加在一起，从而影响焊接熔池中物质的流动性。在这一情况下，如果遇到外来的作用力，有较高的概率会产生裂纹。

(三)第三阶段:完全凝固阶段。在第二阶段的基础上，随着温度的不断降低，晶体产生的数量越来越多，其体积也在逐渐饱和;在焊接熔池中，几乎不存在液体的物质，绝大部分都是固体的晶体，熔池中的物质几乎没有流动状态。在这一阶段，如果焊接接头受到外力的影响，能够具有一定的强度和韧性，因此产生裂缝的几率也比较小。

三、焊接中接头裂纹的预防措施

通过以上的分析和论述可知，焊接过程中接头裂纹的产生需要经过一个热冷却的过程。在此基础上，可以根据接头裂纹产生的原因进行改进，从而降低接头裂纹的产生概率。为此，可以做到以下几个方面:

(一)在金属中添加变质剂。防止焊接过程中接头裂纹的产生，从冶金因素方面，主要是在金属中添加变质剂，能够提高接头焊接处的抗裂能力。因此将一些合金元素加入到金属中，能够使得接头裂纹产生“愈合”的效果。经过对比试验可知，在焊接金属中加入Ti和B能够有效地提高金属的抗裂性能，同时能够产生细化颗粒的作用，从而进一步减小接头裂纹产生的概率。

(二)严格遵守焊接规范。焊接规范是经过多次试验后提出的，是众多焊接员工亲身经历的成果。因此，其中很多规范能够有效地预防焊接接头中裂纹的产生。在进行焊接的过程中，必须要严格遵守焊接规范，为此可以做到以下几点:第一，焊接人员需要不断熟悉焊接规范，并在进行焊接的过程中严格遵守焊接规范;第二，对于焊接的新员工进行一定的培训，使之能够尽快熟悉焊接规范，在进行焊接规范讲解的过程中，需要对规范的作用和原因也进行一定的解释。

(三)对接头进行预热。在进行焊接之前，可以先对焊接试件进行预热，其作用主要是影响液体和固体的组织状态，使得焊接试件在焊接受热时的膨胀量相对减小，如此一来，就可以使试件所承受的焊接应力有效地降低，当焊接试件在脆性温度区间内所受到的应力减小时，就能够有效地预防焊接过程中因温度的急剧变化而使焊接试件受力过大产生裂纹。通过预热来防止接头裂纹，是最简单最易操作的一种方法。

(四)选取适当的接头形式。选用适当的焊接接头形式，能够避免因接头不合适而使得焊接试件在进行焊接之前就存在较大的缝隙。通常来说，比较适用于焊接的接头有开坡口以及留有缝隙较小的对接焊。运用这些接头形式，能够有效减少因接口处缝隙较大，再加之受热产生应力而进一步增加缝隙，也就能够有效地防止焊接裂纹的出现。另外，对于焊接试件接头错误的定位，也有可能导致接头裂纹的产生，因此在焊接过程中，必须要对这几个方面多加注意，避免因接头形式不当而产生焊接裂纹。

(五)合理安排焊接顺序。在进行焊接时，为了防止接头裂纹的出现，应当在进行焊接施工之前，设计合理的焊接顺序。焊接顺序的设计需要遵循一定的原则，主要是为了避免焊道在承受较大刚度条件下进行焊接。比如，圆柱形的焊接试件在进行焊机时，通常情况下都是先对其纵向焊道进行焊接，然后才进行环形焊道的焊接，这种焊接顺序能够使焊接的过程更为简单，还能够减少在焊接过程中，焊道承受过大的横向收缩应力而产生裂纹。对于有经验的焊接技术人员来说，能够通过对焊接顺序的科学性设计，在缩短焊接时间的同时，防止接头裂纹的形成，既能保证焊接的效率，又能够保证焊接的质量。

(六)电流电压与焊接速度。在焊接过程中，如果电压电流过大，就会导致焊接试件内部组织在凝固的过程中产生极大的不平衡性，使得组织状态受到严重影响，并且试件在凝固过程中，应变的增长速度过大，将会导致试件受应力过强，而使得试件在焊接过程中产生裂纹。另外，焊接速度过快，将会导致熔池过热，使焊接试件的抗裂性被破坏，从而产生较为明显的裂纹。为了避免因电流电压过高而产生的裂纹，可以通过调整电流电压，使其处于适当的范围内，既能够保证在焊接过程中足够的渗透程度，又能避免因应变增长速度过快而产生的裂纹。当电流电压值不能调节时，可以通过控制焊接开槽的角度、间隙等，以此控制裂纹的产生。为了避免因焊接速度过快而产生裂纹，可以适当地降低焊接时移行的速度，从而避免产生熔池过热的情况，保持焊接试件的抗裂性，减少甚至完全避免焊接过程中产生接头裂纹。

四、结语

焊接是我国工业中一项重要的工艺，在产品的生产中发挥着极为重要的作用。而焊接接头裂纹的产生，是导致大量焊接产品不合格的重要原因。由于在焊接的不同阶段，其产生裂纹的原因不同，并且影响裂纹产生的因素有多种，因此，预防焊接接头裂纹的方式也不尽相同，针对焊接过程中的具体情况，采取添加变质剂、规范操作、预热、采用合理接头形式、焊接顺序以及恰当的电流电压与焊接速度，就能够有效预防接头裂纹的产生，从而焊接出合格的产品。

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