从金属学的观点分析焊接裂纹产生的原因与预防

从金属学的观点分析焊接裂纹产生的原因与预防

焊接裂纹与防止措施
填角焊接作业时常会出现部份焊道龟裂的情形，要如何预防与降低填角焊道龟裂的发生率?
近年来随着机械、能源、交通、石油化工等工业发展，各种焊接结构也不断朝向功能性与大型化发展，部分焊接结构还需要在高温、深冷以及强腐蚀介质等恶劣的环境下工作，因此各种高强度钢、高合金钢及特种合金的应用也日益增多，然而这些材料往往都比较容易产生各种焊接裂缝。
通常焊接裂纹可能出现在焊道和热影响区的表面，也可能出现在内部。部分焊接裂纹相当微细，不容易以肉眼检查发现，甚至使用放射线检测、超音波检测等方法也常造成漏检。
若要预防与降低焊接裂缝的发生，首先要识别它们的型态、特征与发生原因等，可以有助于焊接工程师找到防止裂纹的适当施工设计方案。以下将按照焊接裂纹的种类与防止措施以及焊接设计详细说明。
焊接裂纹的种类与防止措施
焊接裂纹的种类繁多，产生的机构与敏感条件也各不相同，有些焊接裂纹在焊后会立刻出现，有些则可能在焊后依段时间后才产生，也有些昰在使用过程中，在一定的外界条件诱发下产生。因此，焊接裂纹的复杂性使得焊接裂纹缺陷比其它的焊接缺陷的预防更加困难。
焊接裂纹大多按照裂纹之产生的部位、型态与发生之机制来分类。图1乃常见焊接裂纹的发生部位与型态。表1与表2分别显示一般热裂纹与冷裂纹发生原因与防止措施。当我们足够清楚掌握各种焊接裂纹的基本知识之后，我们不难发现，焊接裂缝缺陷是可以透过充分的焊接设计与施工来预防的。例如，主要构材之焊道起点与终点应焊上与母材同样材质之导焊板，再予焊接即可防止焊接缺陷发生，最后再将首尾之导焊板予以切除并磨平，而溢焊部位则视需要予以磨平以免应力集中。其避免或减低之改善措施与方法包括了彻底依照标准与规格要求来施工，以及焊后可由目视、使用焊道规或认可之样本比较等方法测出，再来补强与修正。

在加热的情况下，在金属基体上的熔铸，那么从加热到熔铸，再到冷却这一过程中，必然产生应力。除了极特殊材料，一般影响最大的还是收缩应力，不同的焊接方式，无非是从加热方式速度，填充材料和一些其它条件不尽相同。那么减少这种应力对基体及熔铸层的影响，都是我们追求焊接质量时要考虑的重要方面。我以为，收缩应力无法避免，那么应力释放才是解决焊接应力问题的关键。也就是说这种收缩应力释放到哪里，从机体到熔铸区域应力如何分配，才是我们需要而且能够解决的问题。

焊接是把两种或两种以上的材料连接在一起的方法，由于材料不同，他们的热膨胀系数就肯定不一样了，那么在焊接后的冷却过程中各种材料的收缩不一样，必然会多多少少的在焊缝处产生一些宏观和微观的裂纹，对于热膨胀系数相差较大的材料可以采用过渡层来承接这两种材料的连接，可以减少一些裂纹，差别较小的就没必要了，适当的控制工艺就行了。

工件材质的化学成分不稳定，含碳量的提高以及磷、硫的杂质的增加，是焊接裂纹产生的因素之一；用碳弧气刨倒坡口，是焊接区域局部增碳严重焊缝局部形成珠光体乃至渗碳组织，脆性大，在焊接后冷却过程中易产生裂纹。

原因：金属冷热不均匀，引起局部膨胀过度，膨胀或收缩的数值较大，超过材料变形的极限，也超过了材料的抗拉强度，从而在最薄弱的地方产生断裂；
预防办法：应从两方面着手，一方面从材料入手，另一方面从结构入手；从材料入手主要有降低材料杂质，硫、磷、氢等的含量尽量降低，增强焊缝和热影响区的韧性，降低裂纹敏感性；而从结构入手方面，主要是好的焊接结构设计，尽量降低结构不合理引起的拘束应力和膨胀、收缩变形量。

手工
电弧焊
（1）焊件含有过高的碳、锰等合金元素。
（2）焊条品质不良或潮湿。
（3）焊缝拘束应力过大。
（4）母条材质含硫过高不适于焊接。
（5）施工准备不足。
（6）母材厚度较大，冷却过速。
（7）电流太强。
（8）首道焊道不足抵抗收缩应力。
（1）使用低氢系焊条。
（2）使用适宜焊条，并注意干燥。
（3）改良结构设计，注意焊接顺序，焊接后进行热处理。
（4）避免使用不良钢材。
（5）焊接时需考虑预热或后热。
（6）预热母材，焊后缓冷。
（7）使用适当电流。
（8）首道焊接之焊着金属须充分抵抗收缩应力。
CO2气体
保护焊
（1）开槽角度过小，在大电流焊接时，产生梨形和焊道裂纹。
（2）母材含碳量和其它合金量过高（焊道及热影区）。
（3）多层焊接时，第一层焊道过小。
（4）焊接顺序不当，产生拘束力过强。
（5）焊丝潮湿，氢气侵入焊道。
（6）套板密接不良，形成高低不平，致应力集中。
（7）因第一层焊接量过多，冷却缓慢（不锈钢，铝合金等）。
（1）注意适当开槽角度与电流的配合，必要时要加大开槽角度。
（2）采用含碳量低的焊条。
（3）第一道焊着金属须充分能抵抗收缩应力。
（4）改良结构设计，注意焊接顺序，焊后进行热处理。
（5）注意焊丝保存。
（6）注意焊件组合之精度。
（7）注意正确的电流及焊接速度。
埋弧
焊接
（1）对焊缝母材所用的焊丝和焊剂之配合不适当（母材含碳量过大，焊丝金属含锰量太少）。
（2）焊道急速冷却，使热影响区发生硬化。
（3）焊丝含碳、硫量过大。
（4）在多层焊接之第一层所生焊道力，不足抵抗收缩应力。
（5）在角焊时过深的渗透或偏析。
（6）焊接施工顺序不正确，母材拘束力大。
（7）焊道形状不适当，焊道宽度与焊道深度比例过大或过小。
（1）使用含锰量较高的焊丝，在母材含碳量多时，要有预热之措施。
（2）焊接电流及电压需增加，焊接速度降低，母材需加热措施。
（3）更换焊丝。
（4）第一层焊道之焊着金属须充分抵抗收缩应力。
（5）将焊接电流及焊接速度减低，改变极性。
（6）注意规定的施工方法，并予焊接操作施工指导。
（7）焊道宽度与深度的比例约为1：1：25，电流降低，电压加大。

如果楼主想详细知道的话建议楼主看下
山东大学 李亚江教授写的 材料的焊接性
里面讲的很清楚
如果里面有术语不明白的话
请看材料成型基础建议楼主看那本厚的 一般来说详细的各个学校都有补充材料
还有啥不明白的可以问我
材料不同，焊接的方法不同，裂纹的产生及预防是不同的。

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