焊接中接頭裂紋的形成與預防

□郭淑梅 李 超

焊接是一項非常復雜的工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了重要的作用。但是，焊接工藝比較復雜，對焊接人員的要求也比較高。由于各方面原因，在焊接過程中，可能會出現(xiàn)接頭裂紋的現(xiàn)象，從而對焊接性能造成一定的影響。本文簡要描述了焊接過程中接頭裂紋及其特征，進而論述焊接中出現(xiàn)接頭裂紋的過程，從而提出了預防焊接過程中接頭裂紋形成的措施，能夠進一步促進焊接工藝的發(fā)展。

一、焊接中接頭裂紋的特征

在焊接過程中，接頭裂紋的產(chǎn)生是比較常見的現(xiàn)象，也是影響焊接性能的重要原因。接頭裂紋的產(chǎn)生有很多原因，其產(chǎn)生的裂紋特征也不盡相同。根據(jù)產(chǎn)生部位不同，焊接中接頭裂紋可以分為以下兩種:第一，焊接金屬中的裂紋，主要分為橫向和縱向裂紋，還有其他的顯微裂紋等等，顯微裂紋在多層焊接時更容易出現(xiàn);第二，熱影響區(qū)的裂紋，主要包括顯微熱裂紋、層狀裂紋等等，同時還可以根據(jù)裂紋產(chǎn)生的溫度條件不同，主要分為熱裂紋和冷裂紋。

二、焊接中接頭裂紋的形成過程

焊接過程涉及到一些物理和化學等方面的知識，是一項非常復雜的工藝，與焊接物及周邊的環(huán)境密切相關(guān)。焊接過程中接頭裂紋的形成主要分為以下幾個階段:

(一)第一個階段:液固階段。根據(jù)焊接中裂紋產(chǎn)生的相關(guān)機理可以知道，焊接過程中，焊接物逐漸從高溫冷卻至低溫，在高溫冷卻時，晶核的數(shù)量還比較少;在逐漸冷卻的過程中，晶核的體積在逐漸變大，同時數(shù)量也會進一步增多;但是在高溫冷卻的過程中，液相還是占據(jù)著比較大的比例，因此晶粒之間有液體進行填充，晶粒之間可以自由流動，不會發(fā)生阻塞的現(xiàn)象。如果遇到外力進行拉伸，裂縫區(qū)也會立即被液體金屬填滿，因此在該階段產(chǎn)生裂縫的概率比較小。

(二)第二階段:固液階段。在第一階段的基礎(chǔ)上，隨著溫度的進一步降低，焊接熔池中的固體顆粒在不斷增多，而且晶核的體積也在不斷長大，這時，液體的體積逐漸減小，固體在焊接熔池中開始占據(jù)比較大的比例。這時，晶體之間沒有足夠的液體維持，相互摩擦碰撞，進而逐漸疊加在一起，從而影響焊接熔池中物質(zhì)的流動性。在這一情況下，如果遇到外來的作用力，有較高的概率會產(chǎn)生裂紋。

(三)第三階段:完全凝固階段。在第二階段的基礎(chǔ)上，隨著溫度的不斷降低，晶體產(chǎn)生的數(shù)量越來越多，其體積也在逐漸飽和;在焊接熔池中，幾乎不存在液體的物質(zhì)，絕大部分都是固體的晶體，熔池中的物質(zhì)幾乎沒有流動狀態(tài)。在這一階段，如果焊接接頭受到外力的影響，能夠具有一定的強度和韌性，因此產(chǎn)生裂縫的幾率也比較小。

三、焊接中接頭裂紋的預防措施

通過以上的分析和論述可知，焊接過程中接頭裂紋的產(chǎn)生需要經(jīng)過一個熱冷卻的過程。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)接頭裂紋產(chǎn)生的原因進行改進，從而降低接頭裂紋的產(chǎn)生概率。為此，可以做到以下幾個方面:

(一)在金屬中添加變質(zhì)劑。防止焊接過程中接頭裂紋的產(chǎn)生，從冶金因素方面，主要是在金屬中添加變質(zhì)劑，能夠提高接頭焊接處的抗裂能力。因此將一些合金元素加入到金屬中，能夠使得接頭裂紋產(chǎn)生“愈合”的效果。經(jīng)過對比試驗可知，在焊接金屬中加入Ti和B能夠有效地提高金屬的抗裂性能，同時能夠產(chǎn)生細化顆粒的作用，從而進一步減小接頭裂紋產(chǎn)生的概率。

(二)嚴格遵守焊接規(guī)范。焊接規(guī)范是經(jīng)過多次試驗后提出的，是眾多焊接員工親身經(jīng)歷的成果。因此，其中很多規(guī)范能夠有效地預防焊接接頭中裂紋的產(chǎn)生。在進行焊接的過程中，必須要嚴格遵守焊接規(guī)范，為此可以做到以下幾點:第一，焊接人員需要不斷熟悉焊接規(guī)范，并在進行焊接的過程中嚴格遵守焊接規(guī)范;第二，對于焊接的新員工進行一定的培訓，使之能夠盡快熟悉焊接規(guī)范，在進行焊接規(guī)范講解的過程中，需要對規(guī)范的作用和原因也進行一定的解釋。

(三)對接頭進行預熱。在進行焊接之前，可以先對焊接試件進行預熱，其作用主要是影響液體和固體的組織狀態(tài)，使得焊接試件在焊接受熱時的膨脹量相對減小，如此一來，就可以使試件所承受的焊接應力有效地降低，當焊接試件在脆性溫度區(qū)間內(nèi)所受到的應力減小時，就能夠有效地預防焊接過程中因溫度的急劇變化而使焊接試件受力過大產(chǎn)生裂紋。通過預熱來防止接頭裂紋，是最簡單最易操作的一種方法。

(四)選取適當?shù)慕宇^形式。選用適當?shù)暮附咏宇^形式，能夠避免因接頭不合適而使得焊接試件在進行焊接之前就存在較大的縫隙。通常來說，比較適用于焊接的接頭有開坡口以及留有縫隙較小的對接焊。運用這些接頭形式，能夠有效減少因接口處縫隙較大，再加之受熱產(chǎn)生應力而進一步增加縫隙，也就能夠有效地防止焊接裂紋的出現(xiàn)。另外，對于焊接試件接頭錯誤的定位，也有可能導致接頭裂紋的產(chǎn)生，因此在焊接過程中，必須要對這幾個方面多加注意，避免因接頭形式不當而產(chǎn)生焊接裂紋。

(五)合理安排焊接順序。在進行焊接時，為了防止接頭裂紋的出現(xiàn)，應當在進行焊接施工之前，設計合理的焊接順序。焊接順序的設計需要遵循一定的原則，主要是為了避免焊道在承受較大剛度條件下進行焊接。比如，圓柱形的焊接試件在進行焊機時，通常情況下都是先對其縱向焊道進行焊接，然后才進行環(huán)形焊道的焊接，這種焊接順序能夠使焊接的過程更為簡單，還能夠減少在焊接過程中，焊道承受過大的橫向收縮應力而產(chǎn)生裂紋。對于有經(jīng)驗的焊接技術(shù)人員來說，能夠通過對焊接順序的科學性設計，在縮短焊接時間的同時，防止接頭裂紋的形成，既能保證焊接的效率，又能夠保證焊接的質(zhì)量。

(六)電流電壓與焊接速度。在焊接過程中，如果電壓電流過大，就會導致焊接試件內(nèi)部組織在凝固的過程中產(chǎn)生極大的不平衡性，使得組織狀態(tài)受到嚴重影響，并且試件在凝固過程中，應變的增長速度過大，將會導致試件受應力過強，而使得試件在焊接過程中產(chǎn)生裂紋。另外，焊接速度過快，將會導致熔池過熱，使焊接試件的抗裂性被破壞，從而產(chǎn)生較為明顯的裂紋。為了避免因電流電壓過高而產(chǎn)生的裂紋，可以通過調(diào)整電流電壓，使其處于適當?shù)姆秶鷥?nèi)，既能夠保證在焊接過程中足夠的滲透程度，又能避免因應變增長速度過快而產(chǎn)生的裂紋。當電流電壓值不能調(diào)節(jié)時，可以通過控制焊接開槽的角度、間隙等，以此控制裂紋的產(chǎn)生。為了避免因焊接速度過快而產(chǎn)生裂紋，可以適當?shù)亟档秃附訒r移行的速度，從而避免產(chǎn)生熔池過熱的情況，保持焊接試件的抗裂性，減少甚至完全避免焊接過程中產(chǎn)生接頭裂紋。

四、結(jié)語

焊接是我國工業(yè)中一項重要的工藝，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中發(fā)揮著極為重要的作用。而焊接接頭裂紋的產(chǎn)生，是導致大量焊接產(chǎn)品不合格的重要原因。由于在焊接的不同階段，其產(chǎn)生裂紋的原因不同，并且影響裂紋產(chǎn)生的因素有多種，因此，預防焊接接頭裂紋的方式也不盡相同，針對焊接過程中的具體情況，采取添加變質(zhì)劑、規(guī)范操作、預熱、采用合理接頭形式、焊接順序以及恰當?shù)碾娏麟妷号c焊接速度，就能夠有效預防接頭裂紋的產(chǎn)生，從而焊接出合格的產(chǎn)品。

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