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摘要：碳钢焊接过程中的裂纹主要是指在焊接的过程中会出现裂纹。焊接是金属工业生产过程中的重要工艺，通过焊接工艺制造出的工业产品具有工艺好、成本低、生产率高的特点。例如轮船的船体、锅炉、高压容器、车厢等多种重要金属器件都离不开焊接工艺。但是我们在进行碳钢焊接的过程中，经常会因为焊接技艺的不达标，或者是焊接环境的不成熟，导致焊接出的碳钢结构件经常会出现裂纹的缺陷。尤其是对于高温高压等压力容器的碳钢焊接工作，如果出现了裂纹，会导致碳钢焊接件具有脆性破坏和爆炸的可能，容易造成重大安全事故。鉴于此，本文主要分析探讨了碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施，以供参阅。
关键词：碳钢焊接；裂纹原因；预防措施
引言
随着焊接技术的发展，将会有很多的不安全因素制约着实际生产。当今工业正值蓬勃发展阶段，而碳钢焊接作为一门重要的金属加工工艺，在机械、石油、化工、建筑、交通、矿山等方面都得到了广泛的应用。碳钢焊接是生产过程中的一个重要环节，必须保证其质量可靠，进而提高安全性，促进生产的发展。而碳钢焊接缺陷又是生产中极为不利的因素，其中裂纹是常见的而又十分危险的缺陷，它不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。为提高碳钢焊接质量和结构的可靠性，应该避免在焊接接头中产生裂纹。
1焊接裂纹的分类
（1）冷裂纹。焊接接头在焊后冷却到较低温度下所产生的焊接裂纹，称为冷裂纹。其表现为贯穿晶粒开裂，断口呈金属光亮。另外根据产生的机理不同，冷裂纹可分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹三类。（2）热裂纹。焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区域产生的焊接裂纹，称为热裂纹。多发生在焊缝金属中，有时也出现在热影响区或熔合线。热裂纹有沿着焊缝纵向，位于结晶中心线的纵向裂纹，也有垂直于焊缝的横向裂纹，或在弧坑中产生的星形弧坑裂纹。热裂纹可以显露于焊缝表面，也可以存在于焊缝内部。（3）再热裂纹。焊接接头在焊后一定温度范围内再次加热，在焊接热影响区的粗晶区产生的裂纹，称为再热裂纹。再热裂纹与热裂纹一样也是一种沿晶界开裂的裂纹，多发生在焊结过热区，但其断口呈低温氧化色彩。
2碳钢焊接裂纹产生的原因
2.1工件材质影响
不同的工件材质在焊接的过程中，所表现出来的物理和化学特质是不同的。不同的焊接材料本身的构造也不同，通常来讲廉价的焊接材料本身含有的碳元素较多、杂质较多，在焊接的过程中非常容易受到温度突然增加而导致内部杂质的燃烧，燃烧后的固体残余物会滞留在焊缝处，最终会影响到焊接结果。随着工业的不断发展，现阶段的钢结构不断朝着体量大，硬度高的方向发展，为了满足钢结构的这一特性，在焊接的过程中大量的使用合金材料。合金材料的硬度非常高，这一点是毋庸置疑的，但焊接材料内部的合金元素越多也就代表着这一材料本身的脆性越强，在焊接完成之后，受到外部的挤压或撞击等物理因素都容易导致钢结构本身出现裂纹的现象。此外焊接母材料本身如果存在较多的褶皱，重皮或分层现象，则会加剧裂纹产生的可能性，并且一旦发生裂纹之后，另外本身会随着这部分母材料的缺陷延伸方向而不断延伸。
2.2焊接规范的影响
焊接有着升温快、电流过大、温度高的特点，焊缝区的周围与金属的周围有着温差大的特点，而且冷却的速度也较快，在产生热应力的情况下，就会出现裂纹。而现代的压力容器大多数都是利用焊接工艺制造的，这一工艺有着结构设计简单、成本低、重量轻、强度高和省时的特点。
但是焊接结构自身也有着一些缺陷，压力容器在焊接的过程中，会将焊接结构的内在缺陷也带入到相应的容器中，尤其是在焊接的接头处，会出现未熔合、裂纹、咬边、夹渣和气孔等现象，这样就会导致焊缝的实际承载截面出现削弱等现象，周围还会出现残余应力和拘束应力，这些应力会集中，越集中，对于焊接越不利，使得缺陷处最容易择先开裂，成为裂源。
2.3工件结构的影响
在焊接过程中，由于焊缝区必然产生焊接变形，而工件刚性大，不易随之变形，因而产生内应力，引起焊缝裂纹。压力容器由于焊接结构不合理而引起裂纹并导致爆炸事故也是常见的，它的主要特点是错边和角变形。这种缺陷会使容器在接缝处因结构不连续而产生应力集中，甚至在焊缝边缘产生裂纹。再加上其它一些不安全因素很容易造成事故。如日本千叶炼油厂的一个1000m3球形贮罐发生脆性破裂，主要是这种原因引起的，这个球罐在现场装配焊接时，把顶极板上一块月牙板装在底极板上，因两种板相差20mm宽，焊缝对不上，于是嵌进一块金属板再进行焊接，焊缝两侧错边约3mm，角变形6-70。结果就在试压时，整个球体突然发生脆裂，裂缝全长约10m。
3碳钢工件焊接裂纹的预防措施
3.1做好焊前准备
在进行碳钢工件焊接时，首先要结合碳钢的材料以及工件的使用性能，做好电焊前相应准备工作。常规的焊前准备工作主要包括对碳钢焊接部位的油污、铁锈、夹渣、炭渣、灰尘清洁干净，对于受潮的焊条应进行烘烤，烘烤时应采用350℃的温度烘烤1小时左右。同时在焊接前要注重选用预热温度和预热范围，以有效的降低焊缝的冷却速度。此外通过焊前预热也可以有效的降低焊接区的温度梯度，减少过硬马氏体的含量，从而减小焊接以后工件的温差应力。
3.2制定合理的焊接工艺
焊接工艺对于焊接结果的影响是非常大的，尤其体现在对于焊缝的处理方面。例如选择合适的刨道坡口可有效的提升焊接质量。此外还应合理的选择焊接顺序，通过使用合理的焊接顺序，可有效控制整个焊接过程的收缩与膨胀，可将焊接过程中所产生的残余应力进行有效消除。焊接电流，对焊接工艺也会产生一定影响，焊接的过程中应进行整段焊接，尽量避免分段焊接。当然迫不得已的时候需要中断焊接过程，则需要对已经焊接的部分实施热处理，通过保温的方式来防止焊接部位出现裂缝。
3.3选择适宜的焊接材料
针对材质的变化，宜选择相适应的焊条，E5016焊条(建议采用ER50—6焊丝)具有良好的机械性能和抗裂性能。能适应材料因含碳t高而导致金属性能变化及硫、磷等杂质的影响。但E5016比E4303可焊性稍差，而裂纹主要发生在第一道。所以，选择E5016焊条焊第一道，用E4303焊条焊以后各道焊缝。这样，既可避免裂纹的产生，又可保证生产率及焊缝金属的切削加工性能。
3.4改进操作方式
终端收弧突然，一定会形成凹陷弧坑，这都是产生裂纹的因素。直线形运条方式，会使熔池窄而深。因此，要改直线形运条为锯齿形以及月牙形运条，增加熔池宽度，加强焊缝强度；收弧要慢并回运一段，以填平终端弧坑。
结束语
综上所述，碳钢焊接裂纹的产生，对于整个钢结构本身会造成非常恶劣的影响，可以说是钢结构本身所面临的最为危险的一种威胁方式。裂纹的产生不仅会导致钢结构报废甚至会出现钢结构爆炸等现象，会直接影响到人们的生命和财产安全。
参考文献
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