不锈钢焊接中的凝固裂纹认识(下)

联合设计可以对残余应力水平产生重大影响。零部件之间的大间隙会增加凝固焊缝金属的应变，尤其是在穿透深度较小的情况下。因此，如下图所示，具有较小的深宽比的焊道，例如与较宽的细焊道桥接形成的较大间隙，将更容易发生凝固裂纹。在这种情况下，作为最后部分凝固的焊缝的中心是具有可忽略的抗裂性的狭窄区域。

焊缝渗透量太小

杂质偏离焊缝中心也会造成裂纹。在凝固的焊缝前面的杂质浓度形成低凝固点的液膜，凝固时会产生弱的区域。随着凝固的进行，由于通过正常的热收缩形成的应力，该区域可能开裂。如果来自焊池的液体可能进入裂纹，可以防止。由于这个原因，椭圆形的焊接池比泪滴形状更可取，并且快速的焊接速度导致熔池和裂纹位置之间的大的分离，增加了开裂的风险。与母材表面的切削油等污染物的焊接也会增加熔池中杂质的堆积和开裂的风险。

因为板和填料的组成决定了焊接金属的成分，所以它们将对材料的易开裂性有很大的影响。
钢材的裂纹与杂质特别是硫和磷有关，由碳促进，而锰和硅可以帮助降低风险。为了使裂化风险最小化，优选具有低碳和杂质水平和相对高的锰含量的填料。一般来说，对于碳锰钢，总硫和磷含量应不大于0.06％。

焊接金属组成以消耗品为主，并且由于填充物通常比被焊接的金属更清洁，所以低度稀释过程如MMA和MIG不易开裂。在高度稀释的情况下，例如焊接对接焊缝中的根部，使用TIG等自动焊接技术或埋弧焊接等高稀释工艺时，板材成分具有更高的重要性。

铝材料有较高的热膨胀（大约是钢的两倍）和凝固时的显着收缩（典型地比在等同的钢焊缝中高5％）意味着铝合金更容易开裂。通过使用抗裂填料（通常来自4xxx和5xxx系列合金）可以降低风险，但缺点是所得到的焊缝金属可能具有不匹配的性能，例如比母体金属的强度低。

完全奥氏体不锈钢焊缝比含有5-10％铁素体的焊缝更容易开裂。铁素体的有益效果归因于其在晶粒内含有有害杂质的能力，否则这些杂质将形成低熔点偏析并因此形成枝晶间裂纹。因此填充材料的选择对于抑制开裂是重要的，因此使用308型填料来焊接304不锈钢。

除了材料和填料的选择，最小化焊接凝固开裂风险的主要技术是控制关节配合以减少间隙；在焊接之前，清除材料中的所有污染物；确保焊接顺序不会导致热应力积聚；选择焊接参数和技术，以生产具有足够深宽比的焊缝，或具有足够的焊缝厚度（角焊缝），以确保焊缝具有足够的抗凝固应力（推荐深度与宽度之比至少为0.5：1）；

另外避免产生太大的深宽比，这会促使在受约束的接头中出现分离和过度的横向应变。一般来说，深宽比超过2：1的焊道容易发生凝固裂纹；避免高焊接速度（在高电流水平下），这会增加焊道偏析量和应力水平；在运行停止时，确保充分填充火山口以避免不利的凹形。