装配式建筑钢构件制作过程中的常见问题与解决思路 （之二焊接裂纹）

一、焊接裂纹的现象    

在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂纹，它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。

按产生时的温度和时间的不同，裂纹可分为：热裂纹、冷裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹。在焊接生产中，裂纹产生的部位有很多。有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现；有的产生在焊缝上；有的则产生在热影响区内。值得注意的是，裂纹有时在焊接过程中产生，有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现，后一种称为延迟裂纹，这种裂纹的危害性更为严重。常见裂纹的发生部位与型态如下图所示。

常见裂纹的发生部位与型态

二、焊接裂纹的危害

焊接裂纹是一种危害最大的缺陷，除了降低焊接接头的承载能力，还因裂纹末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中，促使裂纹扩展，最终会导致焊接结构的破坏，使产品报废，甚至会引起严重的事故。通常，在焊接接头中，裂纹是一种不允许存在的缺陷。一旦发现即应彻底清除，进行返修焊接。

三、焊接裂纹的产生原因及防治措施

由于不同裂纹的产生原因和形成机理不同，下面就热裂纹、冷裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹分别予以讨论。

3.1、热裂纹

    （1）产生原因：

热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线附近的高温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓“液态薄膜”，在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹。

（2）防治措施：

a.采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。

b.合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度。

c.采用合理的装配次序，减小焊接应力。

      d.收弧时填满弧坑，可避免产生弧坑裂缝。

      e.采用碱性焊材，以降低焊缝中的杂质含量，改善结晶时的偏析程度。

      f.控制焊接规范，适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析，可防止中心线裂缝。

3.2、冷裂纹

（1）产生原因：

冷裂纹是指在焊毕冷至马氏体转变温度Ms点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现，故又称延迟裂纹。形成冷裂纹的基本条件是：焊接接头形成淬硬组织；扩散氢的存在和浓集；存在着较大的焊接拉伸应力。这三个条件相互影响，相互促进。在不同情况下，三者中任何一个因素都可能导致冷裂纹的产生，其中扩散氢是诱发冷裂缝的最活跃的因素。

（2）防治措施：

a.采用碱性焊材，减少焊缝金属中的扩散氢含量。

      b.焊剂在使用之前应严格按照规定的要求进行烘干,以减少氢的来源。

      c.选择合理的焊接规范和线能量，如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷等，改善焊缝及热影响区组织状态。

      d.选择合理的焊接顺序，减小焊接内应力。

      e.严格清理坡口及两侧的污物、水分及锈，控制环境温度。

      f.适当增加焊接电流，减慢焊接速度，可减慢热影响区冷却速度，防止形成淬硬组织。

3.3、层状撕裂

（1）产生原因：
     焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈梯状的一种裂纹称为层状撕裂。层状撕裂经常发生在T形接头和角接接头中，其走向和钢板表面大致平行。
     产生层状撕裂的原因是在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成层次撕裂的阶梯性。各种接头的层状撕裂如下图所示。

    （2）防止措施：

a.应尽量避免单侧焊缝,改用双侧焊缝可缓和焊缝根部区的应力状态,为防止应力集中。

b.采用焊接量少的对称角焊缝代替焊接量大的全焊透焊缝,以免产生过大的应力。

c.应在承受Z向应力的一侧开坡口。

d.对于T型接头,可在横板上预先堆焊一层低强的焊接材料,以防止焊根裂纹,同时亦可缓和焊接应变。

e.为防止由冷裂引起的层状撕裂,应尽量采用一些防止冷裂的措施,如减少氢量、适当提高预热、控制层间温度等。

3.4、应力腐蚀裂纹

（1）产生原因：

 应力腐蚀裂纹是在腐蚀介质和应力的共同作用下产生的延迟裂纹。影响应力腐蚀裂纹的因素有结构的材质，腐蚀介质的种类、结构的形态、制造和焊接工艺、焊接材料，以及消除应力的程度等。应力腐蚀是在服役过程中产生的，应力腐蚀的形成须同时具有三个因素的综合作用,即材质、介质和拉应力。应力腐蚀裂纹的典型形态如下图所示。

    （2）防治措施：
     a.材质：选择与母材的化学成分和组织基本一致的焊材（等成分原则）。

     b.介质：须具体考虑介质对母材腐蚀的可能性，为了减轻特定环境中的应力腐蚀，可在介质中加缓蚀剂。

     c.应力：①焊接过程中选择合理的接头形式，减小残余应力；②正确的焊接顺序；③合适的热输入；④焊后可以进行清除应力处理。