2.2.3 原因分析

裂纹产生的诸多因素大体可归结为两大类：冶金因素和力学因素。冶金因素是由于焊接是一个非常不平衡的快速升温与凝固过程，必然产生不同程度上的焊缝金属或热影响区物理和化学状态的不均匀性；力学因素是由于热循环所引起的热应力、组织应力与外加的拘束应力，或是各种应力的叠加。归纳起来，一定的冶金因素与力学性能的配合，是焊接裂纹产生的充分且必要的条件。

针对FCB终端裂纹的产生，仍然以图2-6所产生的裂纹作为目标样从冶金因素和力学因素进行分析。图2-6所示裂纹所用的母材为EH36，厚度34mm，焊丝为日本进口焊接材料，母材、焊丝及熔敷金属化学成分见表2-1，可以看到无论是母材、焊丝及熔敷金属，C、P、S含量都极低，且Mn含量高，属于不容易导致产生偏析富集的低熔点共晶的情况，即使本案例属于热裂纹，但冶金因素并非主要原因。

力学因素方面，很多国内资料对FCB终端裂纹产生的力学因素进行了阐述，主要源于焊接过程中终端发生的回转变形。其中有对FCB焊接所产生的终端回转变形进行了测量，如图2-11所示。距离终端500mm施以一个具有约束力的定位焊，并在此定位焊与终端之间采用两种定位焊方式进行固定，一种是定位焊间距为15mm，其结果如图2-12a所示，一种是定位焊间隔为150mm，其结果如图2-12b所示。可以看到，FCB在焊接至距离终端2m范围时，终端会逐渐发生回转偏移，这种偏移由于受到定位焊的约束而累积，当熔化最后一个具有约束力的定位焊时，累积偏移会得到释放，这种释放是缓慢还是突然，则与最后一个具有约束力的定位焊以及终端的其他约束有关系。图2-12a显示由于有密集的定位焊从而使得回转偏移是缓慢增加的，而图2-12b显示，间隔较大的定位焊使得回转偏移突然由0.4mm增大到1.04mm，从而产生一个突然释放的回转应力，此回转应力是产生终端裂纹的力学因素。图2-7显示的裂纹位置证明了这种回转力的存在。如果终端熄弧板约束力足够强，则FCB焊接到最后一个定位焊时也不会因为熔化定位焊而产生大的回转变形，只有当FCB焊接到引出板上时，使得引出板与板端受热而失去约束力且熄弧板温度升高而膨胀，最终产生一个回转变形，使得裂纹出现在图2-7a所示位置；当终端熄弧板约束力不够强，比如如单切缝熄弧板或双切缝熄弧板，则当FCB焊接到最后一个定位焊时会因为熔化定位焊而产生大的回转变形，但裂纹并不靠近定位焊处，因为第一根焊丝与第三根焊丝存在155～180mm的距离，此范围内焊缝仍然处于高温状态，能够形成自愈合，超过此范围处于脆性温度区的焊缝则发生凝固裂纹，如图2-7b所示。