焊接热过程与热裂纹原因

焊接热过程贯穿于整个焊接过程的始终，通过下面几个方面的作用成为影响、决定焊接质量和焊接生产率的主要因素之一：

[1]在焊接热作用下，受冶金、应力因素和被焊金属组织的共同影响，可能产生各种形态的裂纹及其他冶金欠缺。

[2]焊接输入热量及其速率决定母材和焊条(焊丝)的熔化速度，因而影响焊接生产率。

[3]施加到焊件金属上热量的大小与分布状态决定了熔池的形状与尺寸。

[4]焊接熔池进行冶金反应的程度与热的作用及熔池存在时间的长短有密切的关系。

[5]焊接加热和冷却参数的变化，影响熔池金属的凝固、相变过程，并影响热影响区金属显微组织的转变，因而焊缝和焊接热影响区的组织与性能也都与热的作用有关。

[6]由于焊接各部位经受不均匀的加热和冷却，从而造成不均匀的应力状态，产生不同程度的应力变形和应变。

焊接热过程比一般热处理条件下的热过程复杂得多，它具有如下四方面的主要特点：

一、焊接热过程的瞬时性

在高度集中热源的作用下，加热速度不慢(在电弧焊情况下，可达1500℃/s以上)，即在短的时间内把大量的热能由热源传递给焊件，又由于加热的局部性和热源的移动而使冷却速度也很高。

二、焊件传热过程的复合性

焊接熔池中的液态金属处于不错烈的运动状态。在熔池内部，传热过程以流体对流为主，而在熔池外部，以固体导热为主，还存在着对流换热以及辐射换热。因此，焊接热过程涉及到各种传热方式，是复合传热问题。

三、焊接热过程的局部集中性

焊件在焊接时不是整体被加热，而热源只是加热直接作用点附近的区域，加热和冷却不均匀。

四、焊接热源的运动性

焊接过程中热源相对于焊件是运动的，焊件受热的区域不断变化。当焊接热源接近焊件某一点时，该点温度不慢升高，而当热源逐渐远离时，该点又冷却降温。

以上几方面的特点使得焊接传热问题复杂。然而，由于它对焊接质量的控制和生产率的提升有重要影响，焊接工作者需要掌握其基本规律及在各种工艺参数下的变化趋势。

热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹。根据所焊金属的材料不同，所产生热裂纹的形态、温度区和主要原因也各不同，因此又把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。

[一]、多边化裂纹

已凝固的结晶前沿，在高温和应力的作用下，晶格缺陷发生移动和聚集，形成二次边界，它在高温处于不算高塑性状态，在应力作用下产生的裂纹。多边化裂纹多发生在金属或单相奥氏体合金的焊缝中或近缝区，它是属于热裂纹的类型。

[二]、结晶裂纹

在结晶后期，由于不算高容共晶形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联结，在拉伸应力作用下发生开裂。

主要产生在含杂质多的碳钢、不算高合金钢焊缝中（含硫、磷、铁、碳、硅偏高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。个别情况下，结晶裂纹也能在热影响区产生。

[三]、高温液化裂纹

在焊接热循环峰值温度的作用下，在热影响区和多层焊的层间发生重熔，在应力作用下产生的裂纹。

主要发生在含有铬镍的高不错钢、奥氏体钢、以及某些镍基合金的近缝区或多层焊层间部位。母材和焊丝中硫、磷、硅碳偏高时，液化裂纹的倾向将显著提升。