各种焊接裂纹成因特点及防止措施这条必须收藏了

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1、各种焊接裂纹成因特点及防止措施，这条必须收藏了焊接裂纹就其本质来分，可分为热裂纹、再热裂纹、冷 裂纹、层状撕裂等。下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治 办法进行具体的阐述。1.热裂纹是在焊接时高温下产生的， 故称热裂纹，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。根据所焊金 属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某 些特种金属等）,产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也 各不相同。目前，把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边 裂纹等三大类.（1）结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、 低合金钢焊缝中（含 S，P，C，Si 骗高）和单相奥氏体钢、 镍基合金以及某些铝合金焊逢中。这种裂纹是在焊逢结晶过 程

2、中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属 不足，不能及时添充，在应力作用下发生沿晶开裂。防治措 施为：在冶金因素方面，适当调整焊逢金属成分，缩短脆性 温度区的范围控制焊逢中硫、磷、碳等有害杂质的含量;细化 焊逢金属一次晶粒，即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素；在 工艺方面,可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度 等方面来防治。（2）近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂 的微裂纹，它的尺寸很小，发生于HAZ近缝区或层间。它的 成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属,在高温 下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成物被重新熔 化，在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂

3、纹。 这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的.特别是 在冶金方面，尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元 素的含量是十分有效的;在工艺方面,可以减小线能量，减小 熔池熔合线的凹度.（3）多边化裂纹是在形成多边化的过程 中，由于高温时的塑性很低造成的。这种裂纹并不常见，其 防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如 Mo、W、Ti 等。2。再热裂纹通常发生于某些含有沉淀强化 元素的钢种和高温合金（包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、 沉淀强化高温合金，以及某些奥氏体不锈钢），他们焊后并未 发现裂纹,而是在热处理过程中产生了裂纹.再热裂纹产生在 焊接热影响区的过热粗晶部位，其走向是沿熔合

4、线的奥氏体 粗晶晶界扩展。防治再热裂纹从选材方面，可以选用细晶粒 钢。在工艺方面,选用较小的线能量,选用较高的预热温度并 配合以后热措施，选用低匹配的焊接材料,避免应力集中.3。 冷裂纹主要发生在高、中碳钢、低、中合金钢的焊接热影响 区,但有些金属，如某些超高强钢、钛及钛合金等有时冷裂纹 也发生在焊缝中。一般情况下，钢种的淬硬倾向、焊接接头 含氢量及分布,以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊 接时产生冷裂纹的三大主要因素。焊后形成的马氏体组织在 氢元素的作用下，配合以拉应力，便形成了冷裂纹.他的形成 一般是穿晶或沿晶的.冷裂纹一般分为焊趾裂纹、焊道下裂 纹、根部裂纹。防治冷裂纹可以从工件的化

5、学成分、焊接材 料的选择和工艺措施三方面入手。应尽量选用碳当量较低的 材料；焊材应选用低氢焊条，焊缝应用低强度匹配，对于高 冷裂倾向的材料也可选用奥氏体焊材；合理控制线能量、预 热和后热处理是防治冷裂的工艺措施。在焊接生产中由于采 用的钢种、焊接材料不同,结构的类型、钢度，以及施工的具 体条件不同,可能出现各种形态的冷裂纹。然而在生产上经常 遇到的主要是延迟裂纹。延迟裂纹有以下三种形式:（1）焊 趾裂纹这种裂纹起源于母材与焊缝交界处，并有明显应 力集中部位.裂纹的走向经常与焊道平行，一般由焊趾表面开 始向母材的深处扩展.（2）焊道下裂纹-这种裂纹经常发生 在淬硬倾向较大、含氢量较高的焊接热影响

6、区.一般情况下裂 纹走向与熔合线平行。（3）根部裂纹这种裂纹是延迟裂 纹中比较常见的一种形态,主要发生在含氢量较高、预热温度 不足的情况下。这种裂纹与焊趾裂纹相似,起源于焊缝根部应 力集中最大的部位。根部裂纹可能出现在热影响区的粗晶 段，也可能出现在焊缝金属中.钢种的淬硬倾向、焊接接头含 氢量及其分布,以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊 接时产生冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下 是相互联系和相互促进的。钢种的淬硬倾向主要决定于化学 成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。焊接时，钢种的淬硬 倾向越大,越易产生裂纹。为什么钢淬硬之后会引起开裂呢？ 可归纳为以下两方面.a：形成脆硬的马氏

7、体组织一一马氏体 是碳在a铁中的过饱和固溶体，碳原子以间隙原子存在于晶格 之中，使铁原子偏离平衡位置,晶格发生较大的畸变，致使组 织处于硬化状态。特别是在焊接条件下，近缝区的加热温度 很高，使奥氏体晶粒发生严重长大,当快速冷却时，粗大的奥 氏体将转变为粗大的马氏体。从金属的强度理论可以知道, 马氏体是一种脆硬的组织,发生断裂时将消耗较低的能量，因 此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。b： 淬硬会形成更多的晶格缺陷-金属在热力不平衡的条件下 会形成大量的晶格缺陷。这些晶格缺陷主要是空位和位错. 随焊接热影响区的热应变量增加，在应力和热力不平衡的条 件下，空位和位错都会发生移动和聚集,

8、当它们的浓度达到一 定的临界值后，就会形成裂纹源。在应力的继续作用下,就会 不断地发生扩展而形成宏观的裂纹.氢是引起高强钢焊接冷 裂纹重要因素之一，并且有延迟的特征,因此，在许多文献上 把氢引起的延迟裂纹称为“氢致裂纹。试验研究证明，高强 钢焊接接头的含氢量越高，则裂纹的敏感性越大，当局部地 区的含氢量达到某一临界值时，便开始出现裂纹,此值称为产 生裂纹的临界含氢量Hcr.各种钢产生冷裂的H cr值是不 同的，它与钢的化学成分、钢度、预热温度，以及冷却条件 等有关。 1：焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁 锈、油污，以及环境湿度等都是焊缝中富氢的原因.一般情况 下母材和焊丝中的氢量很少，

9、而焊条药皮的水分和空气中的 湿气却不能忽视，成为增氢的主要来源。2：氢在不同金属 组织中的溶解和扩散能力是不同的,氢在奥氏体中的溶解度 远比铁素体中的溶解度大。因此，在焊接时由奥氏体向铁素 体转变时，氢的溶解度发生突然下降。与此同时，氢的扩散 速度恰好相反，由奥氏体向铁素体转变时突然增大。焊接时 在高温作用下，将有大量的氢溶解在熔池中，在随后的冷却 和凝固过程中，由于溶解度的急剧降低，氢极力逸出，但因 冷却很快，使氢来不及逸出而保留在焊缝金属中形成扩散 氢.4.层状撕裂是一种内部的低温开裂。仅限于厚板的母材金 属或焊缝热影响区，多发生于“L”、“T”、“ + ”型接头中。 其定义为轧制的厚钢板

10、沿厚度方向塑性不足以承受该方向 上的焊接收缩应变而发生于母材的一种阶梯状冷裂纹.一般 是由于厚钢板在轧制过程中,把钢内的一些非金属夹杂物轧 成平行于轧制方向的带状夹杂物，这些夹杂物引起了钢板在 力学性能上的各向导性。防治层状撕裂在选材上可以选用精 练钢,即选用z向性能高的钢板，也可以改善接头设计形式，避 免单侧焊缝、或在承受z向应力的一侧开出坡口。层状撕裂 与冷裂不同，它的产生与钢种强度级别无关,主要与钢中的夹 杂量和分布形态有关。一般轧制的厚钢板，如低碳钢、低合 金高强钢，甚至铝合金的板材中也会出现层状撕裂.根据层状 撕裂产生的位置大体可以分为三类：第一类是在焊接热影响 区焊趾或焊根冷裂纹诱

11、发而形成的层状撕裂.第二类是焊接 热影响区沿夹杂开裂，是工程上最常见的层状撕裂.第三类远 离热影响区母材中沿夹杂开裂，一般多出现在有较多 MnS 的片状夹杂的厚板结构中。层状撕裂的形态与夹杂的种类、 形状、分布，以及所处的位置有密切关系.当沿轧制方向上以 片状的 MnS 夹杂为主时，层状撕裂具有清晰的阶梯状,当以 硅酸盐夹杂为主时呈直线状，如以 Al 夹杂为主时呈不规则 的阶梯状。厚板结构焊接时,特别是 T 型和角接接头,在刚性 拘束的条件下,焊缝收缩时会在母材厚度方向产生很大的拉 伸应力和应变，当应变超过母材金属的塑性变形能力时，夹 杂物与金属基体之间就会发生分离而产生微裂，在应力的继 续作

12、用下裂纹尖端沿着夹杂所在平面进行扩展,就形成了所 谓“平台。影响层状撕裂的因素很多，主要有以下几方面： 1：非金属夹杂物的种类、数量和分布形态是产生层状撕裂 的本质原因，它是造成钢的各向异性、机械性能差异的根本 所在。2： Z向拘束应力厚壁焊接结构在焊接过程中承受不 同的Z向拘束应力、焊后的残余应力及载荷，它们是造成层状 撕裂的力学条件.3:氢的影响 一般认为,在热影响区附近，由 冷裂诱发成为层状撕裂，氢是一个重要的影响因素。由于层 状撕裂的影响很大,危害也甚为严重，因此需要在施工之前， 对钢材层状撕裂的敏感性作出判断.常用的评定方法有Z向 拉伸断面收缩率和插销Z向临界应力法。为防止层状撕裂，

13、 断面收缩率应不小于15%, 般希望=1520%为宜，当 25时，认为抗层状撕裂优异.防止层状撕裂应主要从以下方 面采取措施：第一,精练钢 广泛采用铁水先期脱硫的办法， 并用真空脱气,可以冶炼出含硫只有 0。0030。005%的超低 硫钢，它的断面收缩率（Z向）可达2325%。第二，控制硫 化物夹杂的形态 是把 MnS 变成其他元素的硫化物，使在热 轧时难以伸长，从而减轻各向异性。目前广泛使用的添加元 素是钙和稀土元素。经过上述处理的钢，可制造出Z向断面 收缩率达 5070%的抗层状撕裂钢板。第三，从防止层状撕 裂的角度出发,在设计和施工工艺上主要是避免 Z 向应力和 应力集中，具体措施按下例参考：（1）应尽量避免单侧焊缝, 改用双侧焊缝可缓和焊缝根部区的应力状态，为防止应力集 中。（2）采用焊接量少的对称角焊缝代替焊接量大的全焊透 焊缝，以免产生过大的应力。（3）应在承受 Z 向应力的一侧开 坡口。（4）对于 T 型接头，可在横板上预先堆焊一层低强的焊 接材料，以防止焊根裂纹,同时亦可缓和焊接应变。 （5）为防 止由冷裂引起的层状撕裂,应尽量采用一些防止冷裂的措施, 如减少氢量、适当提高预热、控制层间温度等。