裂纹定义：定义：在焊接过程中，在应力作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙被称为裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。其中以凝固裂纹最为常见、普遍，本文主要针对铝合金焊接过程中的凝固裂纹现象进行分析。

形成过程：

焊缝凝固过程：由上至下

•第一阶段：液相区（Liquid），合金完全处于液态，可以任意自由流动；

•第二阶段：悬浮区（Slurry），液态金属的温度已经降至液相线以下，固相的枝晶开始析出，互不接触自由流动，过程能够释放凝固过程中产生的应力应变，此时如果有气孔或者裂纹出现，会被液态金属填补愈合，不会出现缺陷；

•第三阶段：糊状区（Mush），随着温度的不断降低和固相率的不断增大，枝晶开始相互搭接，形成固相骨架；随着固相比例的不断增多，液态金属的回流愈合变得越来越难。在局部应力的作用下，晶间液膜或者搭桥被撕裂，形成裂纹，Mush 区域是热裂纹形成的敏感区域；

•第四阶段：固相区（Solid），致密的固相骨架形成，凝固收缩和热应变很难造成固相骨架的开。裂。

形成原因：

由于热胀冷缩，熔池在冷却凝固后期，固相骨架已经形成并开始收缩，但是由于熔池并非均匀收缩，而是由边缘到中心，由外到内冷却，于是在糊状区中就产生了应力（拉力）和变形如图所示，紫色表示材料的塑性变形曲线，红色为应变即内部材料变形量可以理解为内部受力的拉伸长度，当变形超过合金在脆性温度区间的变形能力极限时，便会撕裂晶界形成空隙，若其余位置的液态金属能够及时填补产生的空隙，则不会产生裂纹；若晶间液膜过于狭窄或不连续，液相难以填补孔隙，则会产生凝固裂纹。

凝固裂纹主要解决思路：

•凝固裂纹是由于凝固过程液态金属的填充不足引起的，减缓熔池凝固速率，从而提升液相回填效果，是抑制结晶裂纹的主要方向；

•如果要避免凝固裂纹，随着凝固速率的增加，有必要增加液体流量或减小脆弱区域的长度以消除凝固裂纹。

解决方案

1：降低冷却凝固速度

•冷却速度直接影响裂纹敏感性，冷却速度越大，裂纹敏感性越大，可以理解为降低冷却速度，可以给到液相充分的时间填满固相之间孔隙，避免裂纹产生。

•有多种能够降低冷却速度的方法，如增加预热温度实现缓冷效果，或者通过复合热源的方式，利用辅助热源降低熔池的冷却速度。对于激光焊接，还可以通过改变激光波形，如采用缓慢降低能量的梯形波代替矩形波能够降低冷却速度，采用环形光斑也能很大程度改善裂纹。

•低频摆动焊接，使焊缝呈波纹状，搅动熔池，细化晶粒，促进液相填满孔隙，同时也改变了导致裂纹的拉应力分量，进而抑制热裂纹的产生；

•增大焊接热输入，可减小热应力，同时增加液相薄膜厚度，有利于应力的释放，同时液膜的回流愈合能力越强，从而减少液化裂纹。

2：控制回填区域大小，降低液相金属回填难度

•焊缝宽度会影响回填距离，这是因为在每条焊缝冷却过程中，熔池内部的热量不断向边缘扩散，当熔池内温度整体下降至一定程度时，熔池边缘才完全凝固，随后整个熔池在极短时间内完全凝固。因此，在凝固过程中，最大回填距离约等于焊点半径，即焊缝宽度，降低了焊缝宽度，能够有效减少裂纹。对于连续激光可以采用小离焦，高速度；对于脉冲激光，可以采取降低脉冲时间，降低峰值功率等方式尝试。

[1]王小杰. Al-Mg-Si合金激光焊接凝固裂纹形成机理研究[D].上海交通大学,2015

[2] Kannengiesser T, Boellinghaus T. Hot cracking tests-an overview of present technologies and applications[J]. Welding in the World, 2014, 58(3): 397-421