一、產(chǎn)生原因

1.1化學(xué)成分的影響:硫（S）和磷（P）是產(chǎn)生熱裂紋的主要有害元素。例如，在鋼材焊接中，硫會(huì)與鐵形成低熔點(diǎn)的硫化亞鐵（FeS）。當(dāng)焊縫金屬凝固時(shí)，硫化亞鐵會(huì)以液態(tài)薄膜的形式存在于晶界。由于其熔點(diǎn)低，在焊接過程中的高溫下，這些液態(tài)薄膜會(huì)削弱晶粒之間的結(jié)合力。當(dāng)焊縫冷卻收縮時(shí)，在拉伸應(yīng)力的作用下，液態(tài)薄膜所在的晶界就容易開裂，形成熱裂紋。

碳（C）元素含量較高時(shí)，也會(huì)增加熱裂紋的敏感性。因?yàn)樘己扛邥?huì)使焊縫金屬凝固區(qū)間變寬，凝固過程中會(huì)產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，同時(shí)也容易形成低熔點(diǎn)共晶物，從而促使熱裂紋的產(chǎn)生。

1.2焊接應(yīng)力的作用：焊接過程中，焊縫金屬在冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生收縮。如果焊件的拘束度較大，例如在厚板焊接或者剛性固定的結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，焊縫金屬不能自由收縮，就會(huì)產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力。這種拉伸應(yīng)力作用在已經(jīng)存在的薄弱晶界（如含有低熔點(diǎn)共晶物的晶界）上，當(dāng)應(yīng)力超過晶界的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。不均勻加熱也是產(chǎn)生焊接應(yīng)力的一個(gè)重要因素。例如在電弧焊中，電弧的熱量集中在焊縫區(qū)域，使焊縫附近的金屬溫度迅速升高，而遠(yuǎn)離焊縫的金屬溫度較低。這種不均勻的溫度分布導(dǎo)致焊縫及其附近區(qū)域產(chǎn)生熱膨脹和收縮的差異，從而產(chǎn)生焊接應(yīng)力。

焊接工藝因素：焊接速度過快可能會(huì)導(dǎo)致熱裂紋。當(dāng)焊接速度太快時(shí)，焊縫的冷卻速度也會(huì)加快。這會(huì)使得焊縫金屬中的結(jié)晶方向不利于抵抗收縮應(yīng)力，容易形成柱狀晶，并且液態(tài)金屬補(bǔ)充不及時(shí)，從而增加熱裂紋產(chǎn)生的可能性。焊接電流過大也會(huì)有影響。較大的焊接電流會(huì)使焊縫熔深增加，熔池體積變大，在冷卻過程中，熔池的凝固收縮應(yīng)力增大。同時(shí)，過大的電流可能會(huì)使母材過度熔化，稀釋焊縫金屬，改變其化學(xué)成分，進(jìn)而影響焊縫的抗裂性能。

二、熱裂紋的分類

2.1結(jié)晶裂紋：這是最常見的熱裂紋類型。它產(chǎn)生于焊縫金屬凝固過程中的結(jié)晶后期。當(dāng)焊縫金屬結(jié)晶時(shí)，先結(jié)晶的部分比較純凈，后結(jié)晶的部分會(huì)富集一些雜質(zhì)元素，形成低熔點(diǎn)共晶。這些低熔點(diǎn)共晶在晶界形成液態(tài)薄膜，在收縮應(yīng)力的作用下，液態(tài)薄膜被拉開，形成結(jié)晶裂紋。結(jié)晶裂紋通常沿著焊縫的中心線或者柱狀晶的邊界分布。

液化裂紋：主要發(fā)生在近縫區(qū)的熱影響區(qū)內(nèi)。當(dāng)焊接熱循環(huán)使近縫區(qū)的金屬加熱到接近熔點(diǎn)的高溫時(shí)，如果該區(qū)域存在一些低熔點(diǎn)的相或者雜質(zhì)偏析，這些物質(zhì)就會(huì)重新熔化，形成液態(tài)薄膜。在焊接應(yīng)力的作用下，這些液態(tài)薄膜被破壞，產(chǎn)生液化裂紋。例如，在一些含有較多合金元素的鋼材焊接中，合金元素的偏析可能會(huì)導(dǎo)致液化裂紋的出現(xiàn)。

三、防止熱裂紋的措施

3.1控制化學(xué)成分：對(duì)焊接材料進(jìn)行嚴(yán)格篩選，盡量降低硫、磷等有害元素的含量。例如，選用高質(zhì)量的焊條或焊絲，其硫、磷含量通常會(huì)控制在較低的水平。在一些對(duì)焊接質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，如壓力容器焊接，會(huì)要求焊接材料中的硫、磷含量低于特定的標(biāo)準(zhǔn)值。適當(dāng)調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，加入一些能夠細(xì)化晶粒的元素，如鈦（Ti）、鈮（Nb）等。這些元素可以改變焊縫金屬的結(jié)晶形態(tài)，使晶粒細(xì)化，減少低熔點(diǎn)共晶在晶界的聚集，從而提高焊縫的抗裂性能。

3.2減小焊接應(yīng)力：采用合理的焊接順序可以有效減小焊接應(yīng)力。例如，對(duì)于大型焊接結(jié)構(gòu)，可以采用分段退焊法或者跳焊法。這樣可以使焊接過程中產(chǎn)生的熱量分布更加均勻，減少局部過熱和過大的收縮應(yīng)力。對(duì)焊件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱也是減小焊接應(yīng)力的有效方法。預(yù)熱可以降低焊縫和母材之間的溫度梯度，減小冷卻速度，從而減小焊接應(yīng)力。例如，在焊接一些淬硬傾向較大的鋼材時(shí)，預(yù)熱可以有效防止熱裂紋和冷裂紋的產(chǎn)生。

3.3優(yōu)化焊接工藝參數(shù)：合理控制焊接速度和焊接電流。根據(jù)焊件的材質(zhì)、厚度等因素，選擇合適的焊接速度和電流。例如，在焊接薄板時(shí)，一般采用較小的焊接電流和適當(dāng)快的焊接速度，以防止燒穿和熱裂紋的產(chǎn)生。調(diào)整焊縫的形狀系數(shù)（焊縫寬度與焊縫厚度之比）。合適的形狀系數(shù)可以保證焊縫有良好的結(jié)晶條件，一般形狀系數(shù)應(yīng)大于 1.3，這樣有利于液態(tài)金屬在焊縫凝固過程中的補(bǔ)充，減少熱裂紋產(chǎn)生的可能性。