钢材焊接裂纹成因与防治措施

(博迈科海洋工程股份有限公司 天津 300000)

随着机械加工工艺的不断发展，焊接也逐渐趋向智能化。许多大型企业都在积极研究如何采用智能化机械臂的方式对钢铁材料进行焊接，但是由于机械臂在焊接的时候会出现裂纹等问题，没有在实际中大规模运用。人工在焊接过程中，可以根据环境变化时刻调整焊接的温度和焊条的进入角度来尽量避免裂纹的出现，所以从实际工程操作技术来说，纯自动化的机械焊接还有待进行进一步改进。

一、焊接裂纹的分类

焊接裂纹其实是一个模糊的统称，焊接裂纹根据形成原理的不同可以分为以下四种类型，应力焊接裂纹、结晶焊接裂纹、焊条分布不均焊接裂纹和整再热焊接裂纹。这四种焊接裂纹的修复方案也有很大的差异，且这些裂纹的危害也是不同的，再热焊接裂纹的危害最大，结晶焊接裂纹次之，焊条焊接裂纹和应力焊接裂纹的危害程度大致相当。

二、裂纹的危害

焊接中和焊接后都有可能产生裂纹，焊接中如果产生裂纹还可以及时进行补救，但是如果焊接后产生裂纹就比较麻烦了，有的需要将焊渣完全融化重新焊接，有的整个工件就直接报废了。焊接裂纹根据类型的不同造成的危害也是不同的，总体来说，焊接裂纹产生的危害大致可以分为以下几种：

(1)降低整体材料的强度和刚度，应力焊接裂纹和结晶焊接裂纹容易发生在钢板上，如果钢板是主要的支撑件，由于晶体脆性很高，且在过热或者过冷的环境中容易造成崩裂，所以这些裂纹在一定程度上将会大大减少钢板的强度，严重降低钢板的承载能力，如果钢板发生二次断裂，这个断裂缺口一定是在焊接处，所以我们在焊接钢板这类材料的时候尽量避免恶劣环境，以免焊接出现晶体焊接裂纹。

(2)应力集中在机械加工过程中是很可怕的一件事情，通常情况下，当对长期工作在热环境中的工件进行焊接之前，应该将该工件放置在外界环境中释放内部含有的应力，如果这些应力存在工件中，经过焊接之后，工件很容易产生变形，另外工件内部不稳定的珠光体也容易改变自己的形态，降低材料的屈服应力极限，在工作过程中容易发生事故。

(3)当对罐型物体进行焊接时，由于焊接表面是扇形，焊接线是弧形线，所以在焊接时焊条很容易填充不均匀，且焊接线的不同点的受热温度也会有很大差异，容易导致裂纹出现。如果罐内装的是压缩过的气体，气体产生的压强很容易将焊接线崩开，造成气体的泄露，如果是危险性气体，就会形成安全事故，这是机械焊接工程中最危险的一类事故。

三、常见焊接裂纹的原因分析

(一)结晶裂纹。焊接过程中出现结晶的一个原因是进行焊接的两个工件材料的熔点相差太多造成的，如果两种工件的熔点相差太大，当电弧产生高温时，其中一个工件先熔化，而另一个工件还没有熔化，这就会造成焊缝材料的不均匀，两者的原子核妃子并不能够进行紧密结合，出现严重的结晶现象。另一个原因是进行焊接的两个工件的金属纯度不同，纯度不同就会导致焊缝中出现小型的薄膜和气泡，这些气泡能够将金属液体隔开，形成结晶。当外界压力发生变化，气泡破裂就会产生裂纹。

(二)应力裂纹。应力裂纹从字面意思我们就可以知道是由于工件内部有应力存在，导致焊缝中产生裂纹，由于焊接过程中会产生高温，工件内部的组织会变得更加活跃，工件内部存在的应力就会进行释放，一旦应力存在焊接处，不但会使焊接变得困难，而且还会使焊接表面形成应力裂纹。另外，焊接处的金属组织由稳定的奥氏体改变为不稳定的珠光体，焊接完成后，裂纹还会随着应力的释放不断扩大，最终完全工件完全解体。应力裂纹是这四类裂纹中最难解决的一类裂纹。

(三)焊条分布不均裂纹。如果焊条的质量不高，或者焊接的操作人员的技术不过关就会导致焊条分布不均裂纹的出现。这种裂纹是由于在焊接过程中，焊条移动速度过快，或者焊条和工件频繁分离接触导致焊条没有均匀熔化填充进入焊缝中。另外如果在焊接之前，两个工件的接触面存在杂质也会造成这一现象的出现。这种裂缝的工件时严禁用在支撑件中的，所以我们要尽量避免焊条分布不均匀造成的断裂情况。

(四)再热裂纹。再热焊接裂纹是由于焊接完成之后，由于金属内部组织活动剧烈造成的。再热裂纹是目前最难处理的裂纹，因为相关方面的专家对该类裂纹产生的原因并没有完全弄清楚，只是做出了假设：再热裂纹可能是金属晶体内部二次硬化，金属分子产生蠕变，晶界发生破裂造成的。所以在焊接时，操作人员要尽量在通风的环境中进行焊接，减少再热裂纹出现的几率。

四、焊接裂缝的防治措施

(一)防止结晶裂纹的措施。防止结晶焊接裂纹出现的主要措施有两种，一种焊接时候尽量采用同种材料进行焊接，如果必须要采用不同种材料，焊接之前应该先将熔点高的材料进行预热，预热之后材料原子活性增强，焊接时就不会出现裂纹。另一种措施就是，焊接之前对材料先进行热处理，通过热处理将影响材料稳定性的硫、磷等非金属元素剔除出去，热处理还能够使钢铁材料的晶体类型发生变化，形成稳定的奥氏体组织。这两种措施可以有效的控制结晶裂纹的出现，让钢铁材料的焊接表面趋于平稳、光滑。

(二)防止应力等焊接裂纹的措施。应力焊接裂纹是钢铁材料在焊接过程中危害的最为严重的。想要避免应力焊接裂纹就应该在焊接之前，把需要焊接的材料放置在寒冷的环境中，让应力慢慢消退，还可以采用捶打等方式将钢铁材料中的应力逼出，同时在焊接的时候，要尽可能的保证焊接周围环境温度的恒定，应力裂纹就会自然消除。

五、结论

焊接裂纹不仅会影响焊接的致密度，同时也会降低钢铁材料的强度和刚度，导致钢铁材料无法承受压力，在受到压力变形时，难以恢复之前的状态，所以我们在焊接过程中，要谨慎小心，对需要焊接的材料进行预处理。此外，我们企业也应该对员工进行培训，检核，如果员工的焊接技术达不到企业标准，可以安排经验丰富的老员工对其进行指导，只有这样，才能完全避免钢材焊接裂缝，为机械焊接的进一步发展做出贡献。

【参考文献】

[1]管然坤,姜丰达.浅谈H型钢焊缝裂纹的成因及防范措施[J].建设科技,2007(21):76-77.

[2]武卫华,李艳艳,张秀全,等.钢结构焊接裂纹的原因及防治措施[J].中国机械,2014(2):100-100.

[3]黄海梅.浅谈钢筋混凝土建筑物裂缝成因及防治措施[J].经营管理者,2010(16):55-57.

[4]吕国宇,赵卫国,戴学华.浅谈钢筋混凝土建筑物裂缝成因及防治措施[J].科技致富向导,2012(26):390-390.