一、引言焊接作為金屬連接的核心工藝，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑工程、壓力容器等領(lǐng)域。焊接裂紋是焊接過(guò)程中或焊后產(chǎn)生的嚴(yán)重缺陷，不僅降低接頭強(qiáng)度、密封性，還可能引發(fā)結(jié)構(gòu)脆性斷裂等災(zāi)難性事故。深入分析裂紋成因并制定針對(duì)性預(yù)防措施，對(duì)保障焊接結(jié)構(gòu)安全可靠性具有關(guān)鍵意義。二、焊接裂紋的主要類型及成因分析（一）熱裂紋熱裂紋多產(chǎn)生于焊接過(guò)程中焊縫金屬凝固后期（溫度范圍約1100~1300℃），按形態(tài)可分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋，其中結(jié)晶裂紋最為常見(jiàn)。1.冶金成因焊縫金屬凝固時(shí)，低熔點(diǎn)共晶（如FeS-Fe、Fe-P-Fe等）在晶界富集，形成“液態(tài)薄膜”。當(dāng)焊接應(yīng)力（熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力）超過(guò)液態(tài)薄膜的強(qiáng)度時(shí)，薄膜被拉裂形成裂紋。母材或填充金屬中硫、磷含量過(guò)高，或合金元素（如碳、硅）配比不當(dāng)，會(huì)顯著增加低熔點(diǎn)共晶的生成量。2.工藝成因焊接參數(shù)不合理是關(guān)鍵誘因：焊接電流過(guò)大，導(dǎo)致熔池過(guò)熱，晶粒粗大，晶界低熔點(diǎn)共晶更易聚集；焊接速度過(guò)快，熔池冷卻速率陡增，低熔點(diǎn)共晶來(lái)不及均勻分布，局部應(yīng)力集中；坡口設(shè)計(jì)不當(dāng)（如窄坡口、大鈍邊），造成焊縫成形系數(shù)過(guò)?。ê缚p寬度/余高比值低），凝固收縮應(yīng)力集中于窄小區(qū)域。（二）冷裂紋冷裂紋產(chǎn)生于焊后冷卻至室溫或低溫階段（溫度低于200℃，甚至-100℃以下），按誘因分為氫致裂紋、淬硬脆化裂紋、拘束應(yīng)力裂紋，實(shí)際多為“氫-組織-應(yīng)力”三者協(xié)同作用的結(jié)果。1.氫致裂紋（延遲裂紋）焊接過(guò)程中，氫的來(lái)源包括：潮濕的焊條（未烘干）、母材表面油污/鐵銹、保護(hù)氣體含水分等。氫在焊縫中以原子態(tài)擴(kuò)散，冷卻時(shí)向熱影響區(qū)（HAZ）的“應(yīng)力集中區(qū)”（如缺口、顯微裂紋）聚集，結(jié)合成分子氫產(chǎn)生高壓，當(dāng)壓力超過(guò)材料強(qiáng)度時(shí)，裂紋萌生并擴(kuò)展。高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，氫致裂紋風(fēng)險(xiǎn)顯著升高。2.淬硬組織脆化焊接熱循環(huán)使HAZ形成淬硬組織（如馬氏體、貝氏體），其硬度高、塑性差，在拘束應(yīng)力下易發(fā)生脆性斷裂。母材碳當(dāng)量（Ceq）越高（如高強(qiáng)鋼、中碳鋼），淬硬傾向越明顯。3.拘束應(yīng)力焊接結(jié)構(gòu)的剛性拘束（如厚板拼接、封閉焊縫）或殘余應(yīng)力（如多層多道焊的層間應(yīng)力），為裂紋提供了力學(xué)驅(qū)動(dòng)力。尤其在低溫環(huán)境下，材料塑性下降，應(yīng)力更易觸發(fā)裂紋。（三）再熱裂紋再熱裂紋發(fā)生于焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）或長(zhǎng)期高溫服役過(guò)程中，多出現(xiàn)于HAZ的粗晶區(qū)。1.微觀機(jī)制焊后熱處理時(shí)，HAZ粗晶區(qū)的過(guò)飽和固溶體（如奧氏體不銹鋼的δ鐵素體、耐熱鋼的碳化物）發(fā)生析出，晶內(nèi)強(qiáng)度升高而晶界弱化。此時(shí)，殘余應(yīng)力（或服役應(yīng)力）集中于晶界，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)晶界強(qiáng)度時(shí)，沿晶界產(chǎn)生裂紋。2.影響因素材料因素：含有釩、鈮、鈦等強(qiáng)碳化物形成元素的鋼材，再熱裂紋敏感性高；工藝因素：焊接線能量過(guò)大導(dǎo)致HAZ晶粒粗化，或焊后熱處理溫度、時(shí)間不合理（如溫度接近Ac1相變點(diǎn)）。（四）層狀撕裂層狀撕裂是厚板焊接結(jié)構(gòu)（如壓力容器、海洋平臺(tái)）中沿鋼板軋制方向（Z向）產(chǎn)生的階梯狀裂紋，本質(zhì)是“氫致開(kāi)裂+夾雜物分層”的協(xié)同作用。1.冶金誘因鋼材軋制過(guò)程中，硫化錳（MnS）、硅酸鹽等片狀?yuàn)A雜物沿軋制方向分布，形成“弱結(jié)合面”。焊接時(shí)，HAZ的氫向夾雜物附近擴(kuò)散，結(jié)合成氫分子產(chǎn)生內(nèi)壓；同時(shí)，焊接應(yīng)力（尤其是Z向應(yīng)力）使夾雜物界面分離，最終沿夾雜物層間擴(kuò)展成裂紋。2.結(jié)構(gòu)與工藝誘因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：厚板T形接頭、十字接頭的Z向拘束應(yīng)力大；焊接順序：不合理的焊接順序?qū)е耑向應(yīng)力集中（如先焊腹板再焊翼緣，使腹板受拉）。三、焊接裂紋的預(yù)防控制措施（一）熱裂紋預(yù)防1.材料控制：嚴(yán)格限制母材、填充金屬的硫（≤0.03%）、磷（≤0.035%）含量，必要時(shí)采用堿性焊條（如E5015）降低雜質(zhì)影響；2.工藝優(yōu)化：調(diào)整焊接參數(shù)：采用適中的焊接電流、稍快的焊接速度，避免熔池過(guò)熱；優(yōu)化焊縫成形：增大焊縫成形系數(shù)（≥1.3），通過(guò)坡口設(shè)計(jì)（如U形坡口）或多層多道焊減少熔池體積；預(yù)熱與后熱：對(duì)高碳鋼、鑄鐵等材料，焊前預(yù)熱（150~250℃）降低冷卻速率，減少熱應(yīng)力。（二）冷裂紋預(yù)防1.氫控制：焊材烘干：低氫型焊條烘干溫度350~400℃，保溫1~2h；母材清理：去除表面油污、鐵銹、水分，必要時(shí)采用氬弧焊打底（減少氫侵入）；焊后脫氫：對(duì)高強(qiáng)鋼，焊后立即進(jìn)行200~350℃×1~2h的消氫處理，加速氫擴(kuò)散逸出。2.組織優(yōu)化：控制焊接線能量：采用小線能量（小電流、快速度）減少HAZ淬硬組織；預(yù)熱與后熱：根據(jù)碳當(dāng)量計(jì)算預(yù)熱溫度（如Ceq=0.4%時(shí)，預(yù)熱100℃），焊后及時(shí)后熱（200~300℃×1h）消除擴(kuò)散氫。3.應(yīng)力控制：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：避免封閉焊縫、減小拘束度（如設(shè)置工藝孔、柔性接頭）；焊接順序：采用“對(duì)稱焊”“分段退焊”減少殘余應(yīng)力。（三）再熱裂紋預(yù)防1.材料選擇：優(yōu)先選用碳當(dāng)量低、再熱裂紋敏感性小的鋼材（如低碳微合金化鋼）；2.工藝優(yōu)化：控制焊接線能量：采用小線能量（如多層多道焊）細(xì)化HAZ晶粒；調(diào)整熱處理工藝：避開(kāi)再熱裂紋敏感溫度區(qū)間（如耐熱鋼熱處理溫度低于Ac1-50℃）；消除殘余應(yīng)力：焊后先進(jìn)行消氫處理，再進(jìn)行消除應(yīng)力退火。（四）層狀撕裂預(yù)防1.材料控制：選用Z向性能鋼（如Z35級(jí)厚板），其硫含量≤0.01%，并通過(guò)鈣處理使夾雜物球化；2.結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化：接頭設(shè)計(jì)：T形接頭采用過(guò)渡坡口（如K形坡口），減少Z向應(yīng)力；焊接順序：先焊翼緣再焊腹板，使腹板受壓（Z向應(yīng)力減?。?；預(yù)熱與后熱：焊前預(yù)熱（100~150℃）降低冷卻速率，焊后及時(shí)后熱消氫。四、結(jié)論焊接裂紋的形成是冶金因素、工藝因素、結(jié)構(gòu)因素共同作用的結(jié)果，不同類型裂紋的主導(dǎo)誘因存在差異：熱裂紋源于凝固后期的低熔點(diǎn)共晶與應(yīng)力；冷裂紋是氫、淬硬組織、拘束應(yīng)力的協(xié)同效應(yīng)；再熱裂紋與HAZ的晶界弱化及殘余應(yīng)力相關(guān)；層狀撕裂則由夾雜物分層與氫致開(kāi)裂驅(qū)動(dòng)。