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1、第一节 概述优质的焊接接头应具备两个条件：一是使用性能不低于 母材；二是没有技术条件中规定不允许存在的缺陷。焊接过程中，在焊接接头中产生的金属不连续、不致密 或连接不良的现象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的种类很多， 有些是因施焊中操作不当或焊接参数不正确所造成，如咬边 、焊穿、焊缝尺寸不足、末焊透等，有些是由于化学冶金、 凝固或固态相变过程的产物而造成的，如气孔、夹杂和裂纹 等。这些缺陷与母材、焊接材料的化学成分有密切关系，因 此称之为焊接冶金缺陷。本部分内容重点介绍常见焊接冶金缺陷中的裂纹特征、 产生原因及防止措施。第七章 焊接裂纹及防止一、结晶裂纹的形成机理有的结晶裂纹是沿焊缝中心纵向开裂，也
2、有沿焊缝中的 树枝晶之间界面处发生和发展的结晶裂纹，有时也发生在焊 缝内部两个树枝状晶体之间，这说明在结晶过程中晶界是最 薄弱的部位。第二节 焊接热裂纹由于先结晶的固相金属较纯， 后结晶的金属含杂质多，并富集在 晶界。这些杂质容易形成低的熔点 的共晶，最后被推向晶界，在晶粒 之间形成一个液态薄膜。如果此时 有拉伸应力存在就会产生裂纹（图5-16）。结晶裂纹的形成机理（1）产生热裂纹的原因是晶间存在 液态薄膜和在凝固过程中存在拉伸 应力。在整个结晶过程中，从液到固可分 为三个阶段：（1）液固阶段（液多于固）液态金属可在固态金属中自由流动 ，此时既使有拉伸应力也不会产生裂 纹。结晶裂纹的形成机理（
3、2）（2）固液阶段（固多于液）随着固态金属量增加，剩余的液 态金属多为低熔点共晶，流动也发生 困难，这时若有拉伸应力产生的小裂 纹无法靠液态金属填充，成为一个“ 裂纹源”。此阶段也叫“脆性温度区”。结晶裂纹的形成机理（3）（3）完全凝固阶段完全凝固后金属有较好的强度和 塑性，既使有拉伸应力也难以产生裂 纹。1 冶金因素对结晶裂纹的影响影响因素有相图类型、化学成分、结晶组织形态。二、 结晶裂纹的影响因素产生热裂纹必须具备冶金因素（成分、偏析）和力的 因素（金属热物理性质、焊件拘束度、焊接工艺等）。相图的结晶温度区间越大（即液 态存在的时间越长），产生热裂纹的 可能性越大（图519）。影响相图结晶
4、温度区间大小与合 金的含量有关。（1） 相图类型和结晶温度区的大小（1）由于焊接是在非平衡条件下结晶， 结晶温度区间要偏离平衡条件下的结 晶温度区间，因此最大结晶裂纹可能 发生在低合金含量区（图519虚线）。各种状态图对产生结晶裂纹倾向的规律（图520）。相图类型和结晶温度区的大小（2）对凝固温度范围的影响；a) 对形成低熔点相的影响（尤其是S、P）。 对产生结晶裂纹的影响比较大的合金是一些能形成低熔点 共晶的合金元素，熔点越低、数量越大，裂纹倾向越大。（2）合金因素对产生结晶裂纹的影响（1）1） 硫、磷：S、P可扩大Fe的结晶区间（图521），并能与 Fe形成多种低熔点共晶。合金因素对产生结
5、晶裂纹的影响（2）2）碳：碳在相中的溶解度大于相（表54）， 所以含碳 0.4时，容易形成硅酸 盐夹杂，造成裂纹源，从而增加裂纹倾向。合金因素对产生结晶裂纹的影响（6）5）钛、锆、稀土：Ti、Zr、RE脱硫的效果比Mn好得多，有 良好的消除结晶裂纹作用，但它们也是强脱氧元素。氧化稀土也有脱硫作用。6）镍：Ni和S形成低熔点共晶（NiS2 645），易于引起结 晶裂纹。(7)铜：铜易引起热裂纹，如黄铜钎焊20钢引起的裂纹。合金因素对产生结晶裂纹的影响（7）焊缝晶粒大小、形态和方向对抗裂性有很大影响。 晶粒越粗大、柱状晶方向越明显，产生结晶裂纹的倾向 就越大。所以细化晶粒有利于打破液膜的连续性，是
6、减 小结晶裂纹的有效措施。（3）结晶组织对结晶裂纹的影响（1）1 冶金因素（1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质含量尽量减少低熔点共晶的数量。S、P的最大含量取决于被焊 金属，一般低碳钢、低合金钢S、P（或R crR）就可以认为是安全的。2 拘束应力影响（1）在焊后冷却过程中，除一部分氢从表面逸出外，还向热影 响区方向扩散。在扩散过程中，在一些塑性应变和微观缺陷部 位发生氢聚集（应力集中高的部位的氢浓度高于平均值的5倍 多），使这个部位很快达到临界氢浓度。3 氢的影响（氢在焊缝中的行为）（1）采用软质焊缝、改变坡口的形式（避免有应力集中的部位 ，如圆滑过渡）和预热、后热等措施均可降低氢的聚集。氢
7、的影响（氢在焊缝中的行为）（2）氢常在熔合区附近聚集，而且在焊后最初10分钟内聚集速 度最快。（1） 焊接线能量：过大线能量E引起近缝区晶粒粗大，降低 抗裂性能，尤其是有粗大M体时更有害。但对于低碳低合金钢 适当增大线能量是有利的。线能量过小易使热影响区淬硬，也 不利于氢逸出。4 焊接工艺对冷裂纹的影响（1）预热可以有效防止冷裂纹，但温度过高会增加附加应力（ 因是局部加热），反而增加冷裂倾向。所以预热温度主要是从 降低冷速，减小淬硬倾向考虑。低合金高强钢的预热温度经验 公式为：T() = 324Pcm + 17.7H + 0.14b + 4.72214（2） 预热温度（1）由于冷裂纹存在潜伏期
8、，所以要在裂纹产生前要进行加热 处理。尤其是对不预热的焊件，后热处理要及时，温度要高 。后热处理的有利作用：1）改善组织，提高韧性，减小淬硬性；2）减低残余应力；3）消除扩散氢；4）降低预热温度（表512）。（3） 焊后热处理（1）后一道焊缝对前一道焊缝进行 了热处理，有利于氢的逸出，组织 的改善，可防止冷裂纹产生。但要 在第一层焊缝尚未产生根部裂纹的 潜伏期内完成第二道焊接。（4） 多层焊根据钢的冷裂纹敏感性Pw，焊 的层数越多，预热温度越低（图5 71）。（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素强化，既提高强度，又保证金属有一定的韧性。2）采用高质量钢降低S、P、O、N杂质含量。3）采用碱性低氢焊接材料。4）CO2焊获得低氢焊缝。5）选用低强度焊条，降低拘束应力。6）用奥氏体钢焊条焊接淬硬倾向较大的中碳调质钢。（2）工艺方面 焊前预热，焊后热处理，多层焊，避免焊接缺陷（未焊透、咬肉、夹 杂、气孔），焊接接头形式，施焊顺序等。5 防止冷裂纹的途径
