刘瑞国
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000
摘要：碳钢焊接裂纹是焊接的过程中，经过会出现的缺陷，但是焊接却是金属结构及其零件生产的重要工艺，焊接有着工艺好、成本低和生产率高的特点，裂纹作为焊接作业存在的重要的缺陷之一，只有将这一缺陷控制好，才能够保证碳钢焊接不会出现裂纹。基于此，本篇文章对碳钢焊接裂纹分析及预防进行研究，以供参考。
关键词：碳钢；焊接裂纹分析；预防
引言
焊接已成为制造金属结构和机器零件的一种基本工艺方法。如船体、锅炉、高压容器、车厢、家用电器和建筑构件等都是用焊接方法制造的。焊接具有生产率高、成本低、工艺性好等优点，但它同时也存在一些缺陷，如咬边、气孔、裂纹等，有效地控制这些缺陷，将有极其重要的现实意义。众所周知，现代社会很多极为重要的特种设备，都是焊接制造的，当其发生断裂事故时，特别是在高温、高的交变热应力及在腐蚀环境下运行的，一旦发生断裂，就会给社会造成重大损失。据统计，焊接结构发生事故，绝大多数是出于裂纹而引起的脆性破坏。另外，即使是一般的钢架结构、机械零部件等，如果有焊接裂纹的存在，其造成的后果是显而易见的，小到结构，零部件的报废，大到产生生命财产的损失。因此，分析探讨在制造过程中焊接裂纹产生的原因，从根本上提高焊接结构运行的安全性，是一个重要研究课题。
1焊接裂纹
顾名思义是在高温下产生的一种裂纹，它是在焊接接头的冷却过程中，且温度在固相线附近的高温段产生的故习惯称为热裂纹；由于焊接技术的发展，焊接结构形式的复杂化，所采用的钢种、焊接方法、接头形式的不同，因此常常遇到不同形态、不同条件下的热裂纹。根据其形成的温度期间、机理将热裂纹又分为结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹、高温孔穴形开裂。（1）结晶裂纹。熔池在结晶过程中，即温度处于液—固相线之间，焊缝金属收缩时，在收缩应变的作用下，焊缝金属沿一次结晶晶界开裂的裂纹称为结晶裂纹。结晶裂纹是在高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生的塑性应变量。根据熔池的结晶理论，熔池在凝固时可分为液相、液—固相、固—液相、固相四个阶段，其中前两个阶段，由于温度较高，液体流动性好，可以在固相晶粒间自由移动补充，如此时受力，则主要是液态承受变形，而晶体则不承受，而最后一段，凝固的固相形成刚性整体，具有良好的强度和塑性，受力时，晶体整体变形，而只有在固—液相之间，晶粒的结合最弱，此时最容易产生开裂。我们知道，金属结晶时熔点高的先凝固，熔点低的后凝固，因此焊缝金属从高温冷却至固—液线附近时，只有少数的低熔点物质没有结晶，并分布于晶界上，如果此时焊缝承受较大的拉伸力，则因温度较低，少数未结晶的低溶物质黏度大，流动性差，不可能马上补充到因受力变形而引起的位移滑移裂缝处，故容易产生裂纹。（2）高温液化裂纹：高温液化裂纹是母材近焊缝区金属或多层焊焊缝层间金属，在高温作用下重新融化，形成局部液相，在焊接应力作用下，导致沿晶界产生的裂纹（3）多边化裂纹：通常发生在固相线以下，因此时热塑性降低，加之金属刚刚凝固，焊缝中存在很多不连续的缺陷，在从新加热后的冷却过程中沿晶界产生的裂纹。（4）高温孔穴形开裂：当焊缝金属中孔穴较多，并在应力诱导下沿树状晶界凝聚扩展构成成串的空穴，即形成了此高温孔穴裂纹。
2导致焊接裂纹的原因
2.1工件材质
工件材质的化学成分是极其不稳定的，随着含碳量、磷和硫等一些杂志的增加，焊接裂纹就会极其频发的出现，因此这些杂志也是导致焊接裂缝产生的原因之一。除此之外，使用碳弧气刨倒坡口，极容易会导致焊区的局部出现碳化等现象，这样焊缝的局部就会形成珠光体，而且脆性较大，在整个结晶的过程中，极有可能会产生裂纹。
伴随着工程行业的快速发展，部件也在发生着一系列的变化，正在朝着厚壁、高压和大型的方向发展，在这样的情况下，高强钢、合金钢和合金结构钢就会得到广泛的应用。这些合金钢材的强度是极高的，但是却有着韧性较低的缺陷，有些合金钢材的合金元素较多，这样就导致了钢材的淬硬倾向较大，这样钢材就极容易会出现裂纹。焊接的影响区也有着钢材母材分层、重皮和折叠的现象，会够成裂纹源，产生裂纹。
2.2工件结构的影响
焊接的过程中，焊缝区一定会出现焊接变形的现象，而工件的刚性较大，会产生较大的内应力，出现焊缝裂纹的现象。有些压力容器爆炸事故就是由于焊接结构的裂纹导致的，主要是由角变形与错边导致的，这一缺陷会导致容器的焊接出现结构不连续等现象，导致了焊接的边缘出现一系列的裂纹，一缺陷会导致接缝处边缘的应力过于集中，如果出现一些不安全因素，就极有可能会出现安全事故。
3预防措施
3.1做好焊前准备
选用适当的焊前预热温度和预热范围。适当的预热温度降低了焊缝冷却速度，可使氢更易从焊缝熔池向大气中扩散，减少了焊缝中扩散氢含量，并且可以降低焊接区的温度梯度和焊缝的冷却速度，减小温差应力。预热温度应通过工艺评定来确定，预热范围--般为坡口两侧三倍左右。当环境温度低时还应增大预热温度和预热范围。对纵缝应整条焊缝同时预热，不能分段预热。
3.2冷裂纹的防止措施
1）焊接前预热和焊后缓冷，不仅可以降低热影响区的硬度和脆性，而且还可以加速焊缝中的氢向外扩散。2）选择合适的焊接措施。3）采用合适的装配和焊接顺序，减小焊接接头的拘束应力，改善焊件的应力状态。4）选择合适的焊接材料，焊前要烘干焊条、焊剂并做到随取随用。5）焊前应仔细清除坡口周围基本金属表面的水、锈等污物，以降低焊缝中扩散氢的含量。6）焊前应立即进行去氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。7）焊后应立即进行消除应力的退火处理，促使焊缝中的氢向外扩散。
3.3其他措施
一是打底焊时电流、电压配比倾向于电压稍大，为了更好地熔合与背透，焊接速度快而薄，避免余高过高，产生死角不利于焊接；二是填充时，电流电压可适当加大，可调节到工艺参数要求的上线，这样易于熔池的流动，有害物质的溢出；三是表面焊接时要适当调低电流和电压，倾向于电流稍大，因为这样做可以略增加余高的高度，不至于过平或出现低洼，还可避免焊缝过热而出现的热收缩孔；四是层间温度要控制在250℃以下才能焊接；五是注意层间的修磨不易过大，避免出现坑洼及难熔合的死角而不利于有害于焊缝物质的溢出；六是尽可能地把焊缝位置放置在水平位置，易于焊接；七是在焊接过程中严格把握焊接每一层的厚度，太厚不利于有害物质的溢出。
结束语
焊接裂纹是机械构件发生事故的主要原因之一，而焊接裂纹的产生主要是由于焊接工艺不对、焊接质量差、选材不当、强度不足等因素造成，因此提高构件设计、制造安装质量，是消除或减少机械构件事故发生概率的关键。应严格执行有关构件的法规标淮。加强构件设计、制造、安装、检验以及使用管理工作，降低碳钢焊接裂纹产生的概率。
参考文献
[1]王海龙.碳钢焊接件裂纹产生的原因及预防措施探析[J].科技经济导刊,2018,26(19):94.
[2]张明金.汽车大梁钢焊接裂纹的分析与预防[J].物理测试,2018,30(05):51-55.
[3]林浩.高强度船体结构钢焊接性及其焊接裂纹的形成和预防的研究[D].上海海事大学,2018.
[4]黄榕.焊接质量问题及其预防[J].建筑工人,2018(06):21-23.
[5]卢新建.S20C钢焊接裂纹的产生原因及预防措施[J].机械工人(热加工),2018(08):17.