焊接缺陷(熱、冷裂紋)課件

第一節(jié)概述

優(yōu)質的焊接接頭應具備兩個條件：一是使用性能不低于母材；二是沒有技術條件中規(guī)定不允許存在的缺陷。焊接過程中，在焊接接頭中產生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的種類很多，有些是因施焊中操作不當或焊接參數(shù)不正確所造成，如咬邊、焊穿、焊縫尺寸不足、末焊透等，有些是由于化學冶金、凝固或固態(tài)相變過程的產物而造成的，如氣孔、夾雜和裂紋等。這些缺陷與母材、焊接材料的化學成分有密切關系，因此稱之為焊接冶金缺陷。本部分內容重點介紹常見焊接冶金缺陷中的裂紋特征、產生原因及防止措施。第七章焊接缺陷第一節(jié)概述第七章焊接缺陷1一、結晶裂紋的形成機理有的結晶裂紋是沿焊縫中心縱向開裂，也有沿焊縫中的樹枝晶之間界面處發(fā)生和發(fā)展的結晶裂紋，有時也發(fā)生在焊縫內部兩個樹枝狀晶體之間，這說明在結晶過程中晶界是最薄弱的部位。第二節(jié)焊接熱裂紋一、結晶裂紋的形成機理第二節(jié)焊接熱裂紋2由于先結晶的固相金屬較純，后結晶的金屬含雜質多，并富集在晶界。這些雜質容易形成低的熔點的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之間形成一個液態(tài)薄膜。如果此時有拉伸應力存在就會產生裂紋（圖5-16）。結晶裂紋的形成機理（1）產生熱裂紋的原因是晶間存在液態(tài)薄膜和在凝固過程中存在拉伸應力。由于先結晶的固相金屬較純，后結晶的金屬含雜質多3在整個結晶過程中，從液到固可分為三個階段：（1）液－固階段（液多于固）液態(tài)金屬可在固態(tài)金屬中自由流動，此時既使有拉伸應力也不會產生裂紋。結晶裂紋的形成機理（2）在整個結晶過程中，從液到固可分為三個階段：結晶裂紋的4（2）固－液階段（固多于液）隨著固態(tài)金屬量增加，剩余的液態(tài)金屬多為低熔點共晶，流動也發(fā)生困難，這時若有拉伸應力產生的小裂紋無法靠液態(tài)金屬填充，成為一個“裂紋源”。此階段也叫“脆性溫度區(qū)”。結晶裂紋的形成機理（3）（3）完全凝固階段完全凝固后金屬有較好的強度和塑性，既使有拉伸應力也難以產生裂紋。（2）固－液階段（固多于液）結晶裂紋的形成機理（3）（3）完51冶金因素對結晶裂紋的影響影響因素有相圖類型、化學成分、結晶組織形態(tài)。二、結晶裂紋的影響因素產生熱裂紋必須具備冶金因素（成分、偏析…）和力的因素（金屬熱物理性質、焊件拘束度、焊接工藝等）。1冶金因素對結晶裂紋的影響二、結晶裂紋的影響因6相圖的結晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時間越長），產生熱裂紋的可能性越大（圖5－19）。影響相圖結晶溫度區(qū)間大小與合金的含量有關。（1）相圖類型和結晶溫度區(qū)的大?。?）由于焊接是在非平衡條件下結晶，結晶溫度區(qū)間要偏離平衡條件下的結晶溫度區(qū)間，因此最大結晶裂紋可能發(fā)生在低合金含量區(qū)（圖5－19虛線）。相圖的結晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時間越長）7各種狀態(tài)圖對產生結晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）。相圖類型和結晶溫度區(qū)的大小（2）各種狀態(tài)圖對產生結晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）8對凝固溫度范圍的影響；對形成低熔點相的影響（尤其是S、P）。對產生結晶裂紋的影響比較大的合金是一些能形成低熔點共晶的合金元素，熔點越低、數(shù)量越大，裂紋傾向越大。（2）合金因素對產生結晶裂紋的影響（1）對凝固溫度范圍的影響；（2）合金因素對產生結晶裂紋91）硫、磷：S、P可擴大Fe的結晶區(qū)間（圖5－21），并能與Fe形成多種低熔點共晶。合金因素對產生結晶裂紋的影響（2）1）硫、磷：S、P可擴大Fe的結晶區(qū)間（圖5－21），并102）碳：碳在δ相中的溶解度大于γ相（表5－4），所以含碳<0.10（無包晶反應）的鋼不易發(fā)生熱裂。合金因素對產生結晶裂紋的影響（4）碳是易偏析元素，并能加劇其它元素的有害作用（如S、P等）。2）碳：碳在δ相中的溶解度大于γ相（表5－4），所以含碳<113）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點MnS（1600℃），生產的MnS為球狀。合金因素對產生結晶裂紋的影響（5）隨著鋼中含碳量增加，Mn/S也應提高。否則影響Mn的脫硫效果。含碳量越高，S的危害越大（圖5－23）。3）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點MnS（1600℃），生產124）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時，容易形成硅酸鹽夾雜，造成裂紋源，從而增加裂紋傾向。合金因素對產生結晶裂紋的影響（6）5）鈦、鋯、稀土：Ti、Zr、RE脫硫的效果比Mn好得多，有良好的消除結晶裂紋作用，但它們也是強脫氧元素。氧化稀土也有脫硫作用。6）鎳：Ni和S形成低熔點共晶（NiS2645℃），易于引起結晶裂紋。4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時，容易形成13(7)銅：銅易引起熱裂紋，如黃銅釬焊20鋼引起的裂紋。合金因素對產生結晶裂紋的影響（7）(7)銅：銅易引起熱裂紋，如黃銅釬焊20鋼引起的裂紋。合金因14焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向對抗裂性有很大影響。晶粒越粗大、柱狀晶方向越明顯，產生結晶裂紋的傾向就越大。所以細化晶粒有利于打破液膜的連續(xù)性，是減小結晶裂紋的有效措施。（3）結晶組織對結晶裂紋的影響（1）焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向對抗裂性有很大影響151冶金因素（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質含量盡量減少低熔點共晶的數(shù)量。S、P的最大含量取決于被焊金屬，一般低碳鋼、低合金鋼S、P<0.05％，高合金鋼<0.04％，不銹鋼<0.02％或更低。對重要焊接構件應采用堿性焊條或焊劑，以進一步減小有害雜質含量。三、防止結晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素（減少應力）兩方面著手。1冶金因素三、防止結晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素16加入細化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細化晶粒。（2）改善焊縫組織對A體不銹鋼焊接可采用A+δ雙相組織焊縫（δ~5％），以減少結晶裂紋和提高焊縫抗晶間腐蝕能力。加入細化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細化晶粒17選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預熱、接頭型式、焊接順序等，目的是盡量減少焊縫的拉伸應力。2抗熱裂的工藝措施（1）焊接工藝參數(shù)焊接熱循環(huán)產生的拉伸應力引起應變?yōu)棣う牛瑒t單位溫度變化引起的應變是：式中：t－溫度；α－膨脹系數(shù)；ωc－冷速。選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預熱、接頭18對于厚板對于薄板

式中Tc－某瞬間溫度；T0－初始溫度；E－焊接線能量；λ－導熱系數(shù)；C－比熱容；e－密度。（1）焊接工藝參數(shù)（1）對于厚板（1）焊接工藝參數(shù)（1）19則對厚板

對薄板

由這二式可見，適當增加線能量E和提高預熱溫度，可降低冷卻速度，減少焊縫金屬的應變，從而降低結晶裂紋傾向。焊接工藝參數(shù)（2）則對厚板焊接工藝參數(shù)（2）20焊接接頭形式對接頭的受力狀態(tài)、結晶條件和熱的分布影響很大，因而結晶裂紋傾向也不同（圖5－26）。多層焊縫的裂紋傾向比單層焊縫小，因為1）每層焊接線能量小；2）前幾道焊縫冷凝后起到拘束作用接頭處應盡量避免應力集中（錯邊、咬肉、未焊透）*（2）接頭形式焊接接頭形式對接頭的受力狀態(tài)、結晶條件和熱的分21一般順序原則：對稱焊，分散應力，最后一道才是拘束封閉（圖5－27,28）。（3）焊接次序一般順序原則：對稱焊，分散應力，最后一道才是拘22一、冷裂紋的危害及特征1危害性主要發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼等的熱影響區(qū)和厚板多層焊的焊縫中，并發(fā)生在拘束度較大的T形接頭和十字形接頭應力集中較大的接頭上（表8-1）。一般是在焊后出現(xiàn)，不易發(fā)現(xiàn)。第三節(jié)焊接冷裂紋一、冷裂紋的危害及特征第三節(jié)焊接冷裂紋23（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高強）2冷裂紋的一般特征（1）（3）多發(fā)生在具有應力集中的焊接熱影響區(qū)。（高應力）（2）在焊后冷至Ms點附近或更低的溫度下逐漸生成。（低溫）（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高24（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經過一段時間出現(xiàn)，在25℃時的孕育期最短（圖8－5）。（延遲性）冷裂紋的一般特征（2）（4）裂紋可沿晶擴展，也可穿晶擴展。（脆斷）（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經過一段時間出現(xiàn)，在2525常見低合金高強鋼的延遲裂紋有：焊趾裂紋起源于母材與焊縫交界處有明顯應力集中的部位，裂紋走向與焊道平行，由焊趾表面開始向母材的深處擴展。二、冷裂紋的種類（1）常見低合金高強鋼的延遲裂紋有：二、冷裂紋的種類（1）26焊道下裂紋發(fā)生在淬硬傾向較大、含氫量較高的熱影響區(qū)，裂紋走向與熔合線平行。冷裂紋的種類（2）焊道下裂紋冷裂紋的種類（2）273根部裂紋起源于焊縫根部應力集中最大的部位。冷裂紋的種類（3）3根部裂紋冷裂紋的種類（3）28三、焊接冷裂紋的機理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及其分布、焊接接頭拘束力是產生焊接冷裂紋的三大因素，而且這三個因素是相互關聯(lián)的。1鋼的淬硬傾向淬硬傾向越大越易產生裂紋，原因在于：（1）形成脆硬的馬氏體組織尤其是熱影響區(qū)的過熱區(qū)，冷速快時易形成粗大M體，硬而脆，裂紋一旦形成，極易擴展。各種組織對裂紋的敏感性由弱到強的排列順序為：F或P→BL（下貝氏體）→ML（低碳M體）→BH（上貝氏體）→Bg（粒貝氏體）→Mr（高碳攣晶M體）。三、焊接冷裂紋的機理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫29隨著熱應變量增加，位錯密度也隨之增加，在應力作用下位錯發(fā)生移動和聚集，當它們的濃度達到一定臨界值后，就會形成裂紋源，在應力作用下，擴展形成宏觀裂紋。（2）晶格缺陷熱影響區(qū)的最高硬度Hmax是評定高強鋼裂紋傾向的重要指標。隨著熱應變量增加，位錯密度也隨之增加，在應力作30某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時的氫含量稱為臨界含氫量[H]cr。各種鋼的[H]cr值不同的，與鋼的化學成分、剛度、預熱溫度及冷速有關。如碳當量越高，[H]cr越低（圖5－43）。2氫的作用冷裂紋也稱為“氫致裂紋”。高強鋼焊接接頭含氫量越高裂紋的敏感性就越大。某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時的氫含量稱為臨界含氫量[H]31焊縫中含氫量與焊接區(qū)域的清理、焊條類型、烘干溫度和焊后的冷卻速度等有關。（1）氫的來源及焊縫中的含氫量氫主要來自焊接材料中的水份、焊縫周邊的鐵銹、油污等。焊縫中含氫量與焊接區(qū)域的清理、焊條類型、烘干溫32氫在A體中的溶解度遠大于在F體中的溶解度，因此在A→F時氫的溶解度急劇下降（圖5－46a）。氫在F體的擴散速度大于A體（圖5－46b，表5－5）。（2）金屬組織對氫擴散的影響（1）氫在A體中的溶解度遠大于在F體中的溶解度，因此33在焊縫冷卻過程中，由于溶解度下降，氫極力逸出。若焊縫凝固速度較快，未逸出的氫滯留在焊縫金屬中，氫原子便在金屬內部擴散。由于氫在M體中擴散系數(shù)最小，造成氫集聚。金屬組織對氫擴散的影響（2）在焊縫冷卻過程中，由于溶解度下降，氫極力逸出34（1）馬氏體致裂學說：對淬硬傾向較大的鋼焊接出現(xiàn)的冷裂紋是由于M體組織硬脆造成的，而且片狀M體（攣晶M體）的淬火鋼中更容易出現(xiàn)顯微裂紋。這是由于硬脆M體形成時以極大的速度彼此撞擊而成。在這些裂紋空間極易集聚氫，使裂紋擴展。所以M體相變是冷裂紋的主導因素，氫的作用是輔助的。

冷裂紋的兩種學說（1）（1）馬氏體致裂學說：冷裂紋的兩種學說（1）35強調氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點為：金屬內部的缺陷（微孔、夾雜、位錯、空位）提供了潛在的裂紋源，在應力作用下，誘使氫原子向該處擴散并聚集結合成氫分子，產生很大的應力。這樣氫在裂口尖端產生三維應力場，應力場又促使氫在該處富集造成更大的應力。當應力超過一定值時裂紋向前延伸，應力釋放一部分，使氫的濃度擴散下降，低于氫的臨界濃度，裂紋將暫停向前延伸。等到氫再次達到臨界濃度時，裂紋再次向前擴展。（2）氫脆致裂紋學說（1）強調氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點為：（2）氫脆致361鋼化學成分的影響實質是鋼的淬硬性的影響，Ceq越高，淬硬傾向就越大，冷裂敏感性越強。根據(jù)構件的碳當量、氫含量和板厚可以估算冷裂紋的敏感性：或式中：Pc、Pw－裂紋敏感指數(shù)；Pcm－碳當量；R－拘束度。四、影響冷裂紋的主要因素及其防治根據(jù)Pc、Pw可確定避免冷裂紋所需的預熱溫度：T0=1440Pw－392℃1鋼化學成分的影響四、影響冷裂紋的主要因素及其防治37焊接接頭開始產生裂紋時的應力稱為臨界拘束應力σcr。σcr值可用試驗方法測得。設計焊縫時只要σcr>σ（或Rcr>R）就可以認為是安全的。2拘束應力影響（1）焊接接頭開始產生裂紋時的應力稱為臨界拘束應力σc38在焊后冷卻過程中，除一部分氫從表面逸出外，還向熱影響區(qū)方向擴散。在擴散過程中，在一些塑性應變和微觀缺陷部位發(fā)生氫聚集（應力集中高的部位的氫濃度高于平均值的5倍多），使這個部位很快達到臨界氫濃度。3氫的影響（氫在焊縫中的行為）（1）在焊后冷卻過程中，除一部分氫從表面逸出外，還向熱39采用軟質焊縫、改變坡口的形式（避免有應力集中的部位，如圓滑過渡）和預熱、后熱等措施均可降低氫的聚集。氫的影響（氫在焊縫中的行為）（2）氫常在熔合區(qū)附近聚集，而且在焊后最初10分鐘內聚集速度最快。采用軟質焊縫、改變坡口的形式（避免有應力集中40（1）焊接線能量：過大線能量E引起近縫區(qū)晶粒粗大，降低抗裂性能，尤其是有粗大M體時更有害。但對于低碳低合金鋼適當增大線能量是有利的。線能量過小易使熱影響區(qū)淬硬，也不利于氫逸出。焊接工藝對冷裂紋的影響（1）預熱可以有效防止冷裂紋，但溫度過高會增加附加應力（因是局部加熱），反而增加冷裂傾向。所以預熱溫度主要是從降低冷速，減小淬硬傾向考慮。低合金高強鋼的預熱溫度經驗公式為：T(℃)=324Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72δ－214（2）預熱溫度（1）（1）焊接線能量：過大線能量E引起近縫區(qū)晶粒粗大，降低抗裂41由于冷裂紋存在潛伏期，所以要在裂紋產生前要進行加熱處理。尤其是對不預熱的焊件，后熱處理要及時，溫度要高。后熱處理的有利作用：1）改善組織，提高韌性，減小淬硬性；2）減低殘余應力；3）消除擴散氫；4）降低預熱溫度（表5－12）。（3）焊后熱處理（1）由于冷裂紋存在潛伏期，所以要在裂紋產生前要進行42后一道焊縫對前一道焊縫進行了熱處理，有利于氫的逸出，組織的改善，可防止冷裂紋產生。但要在第一層焊縫尚未產生根部裂紋的潛伏期內完成第二道焊接。（4）多層焊根據(jù)鋼的冷裂紋敏感性Pw，焊的層數(shù)越多，預熱溫度越低（圖5－71）。后一道焊縫對前一道焊縫進行了熱處理，有利于氫的逸43（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素強化，既提高強度，又保證金屬有一定的韌性。2）采用高質量鋼降低S、P、O、N雜質含量。3）采用堿性低氫焊接材料。4）CO2焊獲得低氫焊縫。5）選用低強度焊條，降低拘束應力。6）用A體焊條焊接淬硬傾向較大的中碳調質鋼。（2）工藝方面焊前預熱，焊后熱處理，多層焊，避免焊接缺陷（未焊透、咬肉、夾雜、氣孔……），焊接接頭形式，施焊順序等。5防止冷裂紋的途徑（1）冶金方面：5防止冷裂紋的途徑44焊接缺陷(熱、冷裂紋)課件45第一節(jié)概述

優(yōu)質的焊接接頭應具備兩個條件：一是使用性能不低于母材；二是沒有技術條件中規(guī)定不允許存在的缺陷。焊接過程中，在焊接接頭中產生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的種類很多，有些是因施焊中操作不當或焊接參數(shù)不正確所造成，如咬邊、焊穿、焊縫尺寸不足、末焊透等，有些是由于化學冶金、凝固或固態(tài)相變過程的產物而造成的，如氣孔、夾雜和裂紋等。這些缺陷與母材、焊接材料的化學成分有密切關系，因此稱之為焊接冶金缺陷。本部分內容重點介紹常見焊接冶金缺陷中的裂紋特征、產生原因及防止措施。第七章焊接缺陷第一節(jié)概述第七章焊接缺陷46一、結晶裂紋的形成機理有的結晶裂紋是沿焊縫中心縱向開裂，也有沿焊縫中的樹枝晶之間界面處發(fā)生和發(fā)展的結晶裂紋，有時也發(fā)生在焊縫內部兩個樹枝狀晶體之間，這說明在結晶過程中晶界是最薄弱的部位。第二節(jié)焊接熱裂紋一、結晶裂紋的形成機理第二節(jié)焊接熱裂紋47由于先結晶的固相金屬較純，后結晶的金屬含雜質多，并富集在晶界。這些雜質容易形成低的熔點的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之間形成一個液態(tài)薄膜。如果此時有拉伸應力存在就會產生裂紋（圖5-16）。結晶裂紋的形成機理（1）產生熱裂紋的原因是晶間存在液態(tài)薄膜和在凝固過程中存在拉伸應力。由于先結晶的固相金屬較純，后結晶的金屬含雜質多48在整個結晶過程中，從液到固可分為三個階段：（1）液－固階段（液多于固）液態(tài)金屬可在固態(tài)金屬中自由流動，此時既使有拉伸應力也不會產生裂紋。結晶裂紋的形成機理（2）在整個結晶過程中，從液到固可分為三個階段：結晶裂紋的49（2）固－液階段（固多于液）隨著固態(tài)金屬量增加，剩余的液態(tài)金屬多為低熔點共晶，流動也發(fā)生困難，這時若有拉伸應力產生的小裂紋無法靠液態(tài)金屬填充，成為一個“裂紋源”。此階段也叫“脆性溫度區(qū)”。結晶裂紋的形成機理（3）（3）完全凝固階段完全凝固后金屬有較好的強度和塑性，既使有拉伸應力也難以產生裂紋。（2）固－液階段（固多于液）結晶裂紋的形成機理（3）（3）完501冶金因素對結晶裂紋的影響影響因素有相圖類型、化學成分、結晶組織形態(tài)。二、結晶裂紋的影響因素產生熱裂紋必須具備冶金因素（成分、偏析…）和力的因素（金屬熱物理性質、焊件拘束度、焊接工藝等）。1冶金因素對結晶裂紋的影響二、結晶裂紋的影響因51相圖的結晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時間越長），產生熱裂紋的可能性越大（圖5－19）。影響相圖結晶溫度區(qū)間大小與合金的含量有關。（1）相圖類型和結晶溫度區(qū)的大?。?）由于焊接是在非平衡條件下結晶，結晶溫度區(qū)間要偏離平衡條件下的結晶溫度區(qū)間，因此最大結晶裂紋可能發(fā)生在低合金含量區(qū)（圖5－19虛線）。相圖的結晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時間越長）52各種狀態(tài)圖對產生結晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）。相圖類型和結晶溫度區(qū)的大?。?）各種狀態(tài)圖對產生結晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）53對凝固溫度范圍的影響；對形成低熔點相的影響（尤其是S、P）。對產生結晶裂紋的影響比較大的合金是一些能形成低熔點共晶的合金元素，熔點越低、數(shù)量越大，裂紋傾向越大。（2）合金因素對產生結晶裂紋的影響（1）對凝固溫度范圍的影響；（2）合金因素對產生結晶裂紋541）硫、磷：S、P可擴大Fe的結晶區(qū)間（圖5－21），并能與Fe形成多種低熔點共晶。合金因素對產生結晶裂紋的影響（2）1）硫、磷：S、P可擴大Fe的結晶區(qū)間（圖5－21），并552）碳：碳在δ相中的溶解度大于γ相（表5－4），所以含碳<0.10（無包晶反應）的鋼不易發(fā)生熱裂。合金因素對產生結晶裂紋的影響（4）碳是易偏析元素，并能加劇其它元素的有害作用（如S、P等）。2）碳：碳在δ相中的溶解度大于γ相（表5－4），所以含碳<563）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點MnS（1600℃），生產的MnS為球狀。合金因素對產生結晶裂紋的影響（5）隨著鋼中含碳量增加，Mn/S也應提高。否則影響Mn的脫硫效果。含碳量越高，S的危害越大（圖5－23）。3）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點MnS（1600℃），生產574）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時，容易形成硅酸鹽夾雜，造成裂紋源，從而增加裂紋傾向。合金因素對產生結晶裂紋的影響（6）5）鈦、鋯、稀土：Ti、Zr、RE脫硫的效果比Mn好得多，有良好的消除結晶裂紋作用，但它們也是強脫氧元素。氧化稀土也有脫硫作用。6）鎳：Ni和S形成低熔點共晶（NiS2645℃），易于引起結晶裂紋。4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時，容易形成58(7)銅：銅易引起熱裂紋，如黃銅釬焊20鋼引起的裂紋。合金因素對產生結晶裂紋的影響（7）(7)銅：銅易引起熱裂紋，如黃銅釬焊20鋼引起的裂紋。合金因59焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向對抗裂性有很大影響。晶粒越粗大、柱狀晶方向越明顯，產生結晶裂紋的傾向就越大。所以細化晶粒有利于打破液膜的連續(xù)性，是減小結晶裂紋的有效措施。（3）結晶組織對結晶裂紋的影響（1）焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向對抗裂性有很大影響601冶金因素（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質含量盡量減少低熔點共晶的數(shù)量。S、P的最大含量取決于被焊金屬，一般低碳鋼、低合金鋼S、P<0.05％，高合金鋼<0.04％，不銹鋼<0.02％或更低。對重要焊接構件應采用堿性焊條或焊劑，以進一步減小有害雜質含量。三、防止結晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素（減少應力）兩方面著手。1冶金因素三、防止結晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素61加入細化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細化晶粒。（2）改善焊縫組織對A體不銹鋼焊接可采用A+δ雙相組織焊縫（δ~5％），以減少結晶裂紋和提高焊縫抗晶間腐蝕能力。加入細化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細化晶粒62選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預熱、接頭型式、焊接順序等，目的是盡量減少焊縫的拉伸應力。2抗熱裂的工藝措施（1）焊接工藝參數(shù)焊接熱循環(huán)產生的拉伸應力引起應變?yōu)棣う牛瑒t單位溫度變化引起的應變是：式中：t－溫度；α－膨脹系數(shù)；ωc－冷速。選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預熱、接頭63對于厚板對于薄板

式中Tc－某瞬間溫度；T0－初始溫度；E－焊接線能量；λ－導熱系數(shù)；C－比熱容；e－密度。（1）焊接工藝參數(shù)（1）對于厚板（1）焊接工藝參數(shù)（1）64則對厚板

對薄板

由這二式可見，適當增加線能量E和提高預熱溫度，可降低冷卻速度，減少焊縫金屬的應變，從而降低結晶裂紋傾向。焊接工藝參數(shù)（2）則對厚板焊接工藝參數(shù)（2）65焊接接頭形式對接頭的受力狀態(tài)、結晶條件和熱的分布影響很大，因而結晶裂紋傾向也不同（圖5－26）。多層焊縫的裂紋傾向比單層焊縫小，因為1）每層焊接線能量??；2）前幾道焊縫冷凝后起到拘束作用接頭處應盡量避免應力集中（錯邊、咬肉、未焊透）*（2）接頭形式焊接接頭形式對接頭的受力狀態(tài)、結晶條件和熱的分66一般順序原則：對稱焊，分散應力，最后一道才是拘束封閉（圖5－27,28）。（3）焊接次序一般順序原則：對稱焊，分散應力，最后一道才是拘67一、冷裂紋的危害及特征1危害性主要發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼等的熱影響區(qū)和厚板多層焊的焊縫中，并發(fā)生在拘束度較大的T形接頭和十字形接頭應力集中較大的接頭上（表8-1）。一般是在焊后出現(xiàn)，不易發(fā)現(xiàn)。第三節(jié)焊接冷裂紋一、冷裂紋的危害及特征第三節(jié)焊接冷裂紋68（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高強）2冷裂紋的一般特征（1）（3）多發(fā)生在具有應力集中的焊接熱影響區(qū)。（高應力）（2）在焊后冷至Ms點附近或更低的溫度下逐漸生成。（低溫）（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高69（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經過一段時間出現(xiàn)，在25℃時的孕育期最短（圖8－5）。（延遲性）冷裂紋的一般特征（2）（4）裂紋可沿晶擴展，也可穿晶擴展。（脆斷）（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經過一段時間出現(xiàn)，在2570常見低合金高強鋼的延遲裂紋有：焊趾裂紋起源于母材與焊縫交界處有明顯應力集中的部位，裂紋走向與焊道平行，由焊趾表面開始向母材的深處擴展。二、冷裂紋的種類（1）常見低合金高強鋼的延遲裂紋有：二、冷裂紋的種類（1）71焊道下裂紋發(fā)生在淬硬傾向較大、含氫量較高的熱影響區(qū)，裂紋走向與熔合線平行。冷裂紋的種類（2）焊道下裂紋冷裂紋的種類（2）723根部裂紋起源于焊縫根部應力集中最大的部位。冷裂紋的種類（3）3根部裂紋冷裂紋的種類（3）73三、焊接冷裂紋的機理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及其分布、焊接接頭拘束力是產生焊接冷裂紋的三大因素，而且這三個因素是相互關聯(lián)的。1鋼的淬硬傾向淬硬傾向越大越易產生裂紋，原因在于：（1）形成脆硬的馬氏體組織尤其是熱影響區(qū)的過熱區(qū)，冷速快時易形成粗大M體，硬而脆，裂紋一旦形成，極易擴展。各種組織對裂紋的敏感性由弱到強的排列順序為：F或P→BL（下貝氏體）→ML（低碳M體）→BH（上貝氏體）→Bg（粒貝氏體）→Mr（高碳攣晶M體）。三、焊接冷裂紋的機理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫74隨著熱應變量增加，位錯密度也隨之增加，在應力作用下位錯發(fā)生移動和聚集，當它們的濃度達到一定臨界值后，就會形成裂紋源，在應力作用下，擴展形成宏觀裂紋。（2）晶格缺陷熱影響區(qū)的最高硬度Hmax是評定高強鋼裂紋傾向的重要指標。隨著熱應變量增加，位錯密度也隨之增加，在應力作75某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時的氫含量稱為臨界含氫量[H]cr。各種鋼的[H]cr值不同的，與鋼的化學成分、剛度、預熱溫度及冷速有關。如碳當量越高，[H]cr越低（圖5－43）。2氫的作用冷裂紋也稱為“氫致裂紋”。高強鋼焊接接頭含氫量越高裂紋的敏感性就越大。某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時的氫含量稱為臨界含氫量[H]76焊縫中含氫量與焊接區(qū)域的清理、焊條類型、烘干溫度和焊后的冷卻速度等有關。（1）氫的來源及焊縫中的含氫量氫主要來自焊接材料中的水份、焊縫周邊的鐵銹、油污等。焊縫中含氫量與焊接區(qū)域的清理、焊條類型、烘干溫77氫在A體中的溶解度遠大于在F體中的溶解度，因此在A→F時氫的溶解度急劇下降（圖5－46a）。氫在F體的擴散速度大于A體（圖5－46b，表5－5）。（2）金屬組織對氫擴散的影響（1）氫在A體中的溶解度遠大于在F體中的溶解度，因此78在焊縫冷卻過程中，由于溶解度下降，氫極力逸出。若焊縫凝固速度較快，未逸出的氫滯留在焊縫金屬中，氫原子便在金屬內部擴散。由于氫在M體中擴散系數(shù)最小，造成氫集聚。金屬組織對氫擴散的影響（2）在焊縫冷卻過程中，由于溶解度下降，氫極力逸出79（1）馬氏體致裂學說：對淬硬傾向較大的鋼焊接出現(xiàn)的冷裂紋是由于M體組織硬脆造成的，而且片狀M體（攣晶M體）的淬火鋼中更容易出現(xiàn)顯微裂紋。這是由于硬脆M體形成時以極大的速度彼此撞擊而成。在這些裂紋空間極易集聚氫，使裂紋擴展。所以M體相變是冷裂紋的主導因素，氫的作用是輔助的。

冷裂紋的兩種學說（1）（1）馬氏體致裂學說：冷裂紋的兩種學說（1）80強調氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點為：金屬內部的缺陷（微孔、夾雜、位錯、空位）提供了潛在的裂紋源，在應力作用下，誘使氫原子向該處擴散并聚集結合成氫分子，產生很大的應力。這樣氫在裂口尖端產生三維應力場，應力場又促使氫在該處富集造成更大的應力。當應力超過一定值時裂紋向前延伸，應力釋放一部分，使氫的濃度擴散下降，低于氫的臨界濃度，裂紋將暫停向前延伸。等到氫再次達到臨界濃度時，裂紋再次向前擴展。（2）氫脆致裂紋學說（1）強調氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點為：（2）氫脆致811鋼化學成分的影響實質是鋼的淬硬性的影響，Ceq越高，淬硬傾向就越大，冷裂敏感性越強。根據(jù)構件的碳當量、氫含量和板厚可以估算冷裂紋的敏感性：或式中：Pc、Pw－裂紋敏感指數(shù)；Pcm－碳當