焊接工藝參數(shù)課件

焊接裂紋及防治措施小結(jié)孫化強(qiáng)重慶大學(xué)sunhq0815@163.com焊接裂紋及防治措施小結(jié)孫化強(qiáng)第一節(jié)．裂紋分布與種類裂紋是焊接缺陷危害最大而且是最普遍的一種，可以成為構(gòu)件脆斷、疲勞破壞和腐蝕破壞的起因，它不僅可以使產(chǎn)品報(bào)廢，而且還可能因未檢測(cè)出導(dǎo)致以后災(zāi)難性的事故。

圖1-1焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布1-焊接中縱向裂紋2-焊縫中橫向裂紋3-熔合區(qū)裂紋4-焊縫根部裂紋5-HAZ根部裂紋6一焊趾縱向裂紋(延遲裂紋)7-焊趾縱向裂紋（液化裂紋、再熱裂紋）8-焊道下裂紋(延遲裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋)9-層狀撕裂10-弧坑裂紋(火口裂紋)a)縱向裂紋b)橫內(nèi)裂紋c)星形裂紋返回第一節(jié)．裂紋分布與種類裂紋是焊接缺陷危害焊接裂紋的分類裂紋的分類按裂紋分布的走向分：①橫向裂紋；②縱向裂紋；③星形（弧形裂紋）按裂紋發(fā)生部位分①焊縫金屬中裂紋；②熱影響區(qū)中裂紋；③焊縫熱影響區(qū)貫穿裂紋。按產(chǎn)生本質(zhì)分類①熱裂紋；②冷裂紋；③再熱裂紋；④層狀撕裂；⑤應(yīng)力腐蝕裂紋焊接裂紋的分類裂紋的分類一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理有的結(jié)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(jié)晶裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹枝狀晶體之間，這說明在結(jié)晶過程中晶界是最薄弱的部位。第二節(jié)焊接熱裂紋一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理第二節(jié)焊接熱裂紋

由于先結(jié)晶的固相金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)多，并富集在晶界。這些雜質(zhì)容易形成低的熔點(diǎn)的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之間形成一個(gè)液態(tài)薄膜。如果此時(shí)有拉伸應(yīng)力存在就會(huì)產(chǎn)生裂紋（圖5-16）。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（1）

產(chǎn)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(yīng)力。由于先結(jié)晶的固相金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)多

在整個(gè)結(jié)晶過程中，從液到固可分為三個(gè)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(dòng)，此時(shí)既使有拉伸應(yīng)力也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（2）在整個(gè)結(jié)晶過程中，從液到固可分為三個(gè)階段：結(jié)晶裂紋的（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(diǎn)共晶，流動(dòng)也發(fā)生困難，這時(shí)若有拉伸應(yīng)力產(chǎn)生的小裂紋無法靠液態(tài)金屬填充，成為一個(gè)“裂紋源”。此階段也叫“脆性溫度區(qū)”。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（3）（3）完全凝固階段完全凝固后金屬有較好的強(qiáng)度和塑性，既使有拉伸應(yīng)力也難以產(chǎn)生裂紋。（2）固－液階段（固多于液）結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（3）（3）完1冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響影響因素有相圖類型、化學(xué)成分、結(jié)晶組織形態(tài)。二、結(jié)晶裂紋的影響因素

產(chǎn)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(zhì)、焊件拘束度、焊接工藝等）。1冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響二、結(jié)晶裂紋的影響因

相圖的結(jié)晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時(shí)間越長(zhǎng)），產(chǎn)生熱裂紋的可能性越大（圖5－19）。影響相圖結(jié)晶溫度區(qū)間大小與合金的含量有關(guān)。（1）相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大?。?）

由于焊接是在非平衡條件下結(jié)晶，結(jié)晶溫度區(qū)間要偏離平衡條件下的結(jié)晶溫度區(qū)間，因此最大結(jié)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(jié)晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時(shí)間越長(zhǎng)）

各種狀態(tài)圖對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）。相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大?。?）各種狀態(tài)圖對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）

對(duì)凝固溫度范圍的影響；對(duì)形成低熔點(diǎn)相的影響（尤其是S、P）。對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響比較大的合金是一些能形成低熔點(diǎn)共晶的合金元素，熔點(diǎn)越低、數(shù)量越大，裂紋傾向越大。（2）合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（1）對(duì)凝固溫度范圍的影響；（2）合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋1）硫、磷：S、P可擴(kuò)大Fe的結(jié)晶區(qū)間（圖5－21），并能與Fe形成多種低熔點(diǎn)共晶。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（2）1）硫、磷：S、P可擴(kuò)大Fe的結(jié)晶區(qū)間（圖5－21），并2）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(yīng)）的鋼不易發(fā)生熱裂。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)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<3）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點(diǎn)MnS（1600℃），生產(chǎn)的MnS為球狀。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（5）

隨著鋼中含碳量增加，Mn/S也應(yīng)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(diǎn)MnS（1600℃），生產(chǎn)4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時(shí)，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(duì)產(chǎn)生結(jié)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(jié)晶裂紋作用，但它們也是強(qiáng)脫氧元素。氧化稀土也有脫硫作用。6）鎳：Ni和S形成低熔點(diǎn)共晶（NiS2645℃），易于引起結(jié)晶裂紋。4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時(shí)，容易形成(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(duì)產(chǎn)生結(jié)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

焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向?qū)沽研杂泻艽笥绊?。晶粒越粗大、柱狀晶方向越明顯，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向就越大。所以細(xì)化晶粒有利于打破液膜的連續(xù)性，是減小結(jié)晶裂紋的有效措施。（3）結(jié)晶組織對(duì)結(jié)晶裂紋的影響（1）焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向?qū)沽研杂泻艽笥绊?冶金因素（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)含量盡量減少低熔點(diǎn)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(duì)重要焊接構(gòu)件應(yīng)采用堿性焊條或焊劑，以進(jìn)一步減小有害雜質(zhì)含量。三、防止結(jié)晶裂紋的措施

從冶金因素和工藝因素（減少應(yīng)力）兩方面著手。1冶金因素三、防止結(jié)晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素

加入細(xì)化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細(xì)化晶粒。（2）改善焊縫組織

對(duì)A體不銹鋼焊接可采用A+δ雙相組織焊縫（δ~5％），以減少結(jié)晶裂紋和提高焊縫抗晶間腐蝕能力。加入細(xì)化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細(xì)化晶粒

選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、接頭型式、焊接順序等，目的是盡量減少焊縫的拉伸應(yīng)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(chǎn)生的拉伸應(yīng)力引起應(yīng)變?yōu)棣う?，則單位溫度變化引起的應(yīng)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(yù)熱、接頭對(duì)于厚板對(duì)于薄板

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

對(duì)薄板

由這二式可見，適當(dāng)增加線能量E和提高預(yù)熱溫度，可降低冷卻速度，減少焊縫金屬的應(yīng)變，從而降低結(jié)晶裂紋傾向。焊接工藝參數(shù)（2）則對(duì)厚板焊接工藝參數(shù)（2）

焊接接頭形式對(duì)接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分布影響很大，因而結(jié)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?yàn)?）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(yīng)盡量避免應(yīng)力集中（錯(cuò)邊、咬肉、未焊透）*（2）接頭形式焊接接頭形式對(duì)接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分

一般順序原則：對(duì)稱焊，分散應(yīng)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(duì)稱焊，分散應(yīng)力，最后一道才是拘一、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(yīng)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（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高強(qiáng)）2冷裂紋的一般特征（1）（3）多發(fā)生在具有應(yīng)力集中的焊接熱影響區(qū)。（高應(yīng)力）（2）在焊后冷至Ms點(diǎn)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（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經(jīng)過一段時(shí)間出現(xiàn)，在25℃時(shí)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(kuò)展，也可穿晶擴(kuò)展。（脆斷）（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經(jīng)過一段時(shí)間出現(xiàn)，在25常見低合金高強(qiáng)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(yīng)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(kuò)展。二、冷裂紋的種類（1）常見低合金高強(qiáng)鋼的延遲裂紋有：二、冷裂紋的種類（1）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）3根部裂紋起源于焊縫根部應(yīng)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）三、焊接冷裂紋的機(jī)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(chǎn)生焊接冷裂紋的三大因素，而且這三個(gè)因素是相互關(guān)聯(lián)的。1鋼的淬硬傾向

淬硬傾向越大越易產(chǎn)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(shí)易形成粗大M體，硬而脆，裂紋一旦形成，極易擴(kuò)展。各種組織對(duì)裂紋的敏感性由弱到強(qiáng)的排列順序?yàn)椋篎或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(jī)理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫

隨著熱應(yīng)變量增加，位錯(cuò)密度也隨之增加，在應(yīng)力作用下位錯(cuò)發(fā)生移動(dòng)和聚集，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定臨界值后，就會(huì)形成裂紋源，在應(yīng)力作用下，擴(kuò)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(píng)定高強(qiáng)鋼裂紋傾向的重要指標(biāo)。隨著熱應(yīng)變量增加，位錯(cuò)密度也隨之增加，在應(yīng)力作

某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時(shí)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(xué)成分、剛度、預(yù)熱溫度及冷速有關(guān)。如碳當(dāng)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(qiáng)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(shí)的氫含量稱為臨界含氫量[H]

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(guān)。（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

氫在A體中的溶解度遠(yuǎn)大于在F體中的溶解度，因此在A→F時(shí)氫的溶解度急劇下降（圖5－46a）。氫在F體的擴(kuò)散速度大于A體（圖5－46b，表5－5）。（2）金屬組織對(duì)氫擴(kuò)散的影響（1）氫在A體中的溶解度遠(yuǎn)大于在F體中的溶解度，因此

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(nèi)部擴(kuò)散。由于氫在M體中擴(kuò)散系數(shù)最小，造成氫集聚。金屬組織對(duì)氫擴(kuò)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（1）馬氏體致裂學(xué)說：對(duì)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(shí)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(kuò)展。所以M體相變是冷裂紋的主導(dǎo)因素，氫的作用是輔助的。

冷裂紋的兩種學(xué)說（1）（1）馬氏體致裂學(xué)說：冷裂紋的兩種學(xué)說（1）

強(qiáng)調(diào)氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點(diǎn)為：金屬內(nèi)部的缺陷（微孔、夾雜、位錯(cuò)、空位）提供了潛在的裂紋源，在應(yīng)力作用下，誘使氫原子向該處擴(kuò)散并聚集結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生很大的應(yīng)力。這樣氫在裂口尖端產(chǎn)生三維應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)又促使氫在該處富集造成更大的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過一定值時(shí)裂紋向前延伸，應(yīng)力釋放一部分，使氫的濃度擴(kuò)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(dá)到臨界濃度時(shí)，裂紋再次向前擴(kuò)展。（2）氫脆致裂紋學(xué)說（1）強(qiáng)調(diào)氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點(diǎn)為：（2）氫脆致1鋼化學(xué)成分的影響實(shí)質(zhì)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(qiáng)。根據(jù)構(gòu)件的碳當(dāng)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(dāng)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(yù)熱溫度：

T0=1440Pw－392℃1鋼化學(xué)成分的影響四、影響冷裂紋的主要因素及其防治

焊接接頭開始產(chǎn)生裂紋時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σcr。σcr值可用試驗(yàn)方法測(cè)得。設(shè)計(jì)焊縫時(shí)只要σcr>σ（或Rcr>R）就可以認(rèn)為是安全的。2拘束應(yīng)力影響（1）焊接接頭開始產(chǎn)生裂紋時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σc

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(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，在一些塑性應(yīng)變和微觀缺陷部位發(fā)生氫聚集（應(yīng)力集中高的部位的氫濃度高于平均值的5倍多），使這個(gè)部位很快達(dá)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（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(shí)更有害。但對(duì)于低碳低合金鋼適當(dāng)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(duì)冷裂紋的影響（1）預(yù)熱可以有效防止冷裂紋，但溫度過高會(huì)增加附加應(yīng)力（因是局部加熱），反而增加冷裂傾向。所以預(yù)熱溫度主要是從降低冷速，減小淬硬傾向考慮。低合金高強(qiáng)鋼的預(yù)熱溫度經(jīng)驗(yàn)公式為：

T(℃)=324Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72δ－214（2）預(yù)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

由于冷裂紋存在潛伏期，所以要在裂紋產(chǎn)生前要進(jìn)行加熱處理。尤其是對(duì)不預(yù)熱的焊件，后熱處理要及時(shí)，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(yīng)力；3）消除擴(kuò)散氫；4）降低預(yù)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(chǎn)生前要進(jìn)行

后一道焊縫對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了熱處理，有利于氫的逸出，組織的改善，可防止冷裂紋產(chǎn)生。但要在第一層焊縫尚未產(chǎn)生根部裂紋的潛伏期內(nèi)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(yù)熱溫度越低（圖5－71）。后一道焊縫對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了熱處理，有利于氫的逸（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素強(qiáng)化，既提高強(qiáng)度，又保證金屬有一定的韌性。2）采用高質(zhì)量鋼降低S、P、O、N雜質(zhì)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(qiáng)度焊條，降低拘束應(yīng)力。6）用奧氏體鋼焊條焊接淬硬傾向較大的中碳調(diào)質(zhì)鋼。（2）工藝方面焊前預(yù)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防止冷裂紋的途徑產(chǎn)生：焊接接頭的冷卻過程中，且溫度處在固相線附近的高溫階段產(chǎn)生。存在部位：焊縫為主，熱影響區(qū)特征：宏觀看，焊縫熱裂紋沿焊縫的軸向成縱向分布（連續(xù)或繼續(xù)）也可看到縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無光澤；微觀看，沿晶粒邊界（包括亞晶界）分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì)。分類：①結(jié)晶裂紋②高溫液化裂紋③多邊化裂紋焊接熱裂紋產(chǎn)生：焊接接頭的冷卻過程中，且溫度處在固相線附近的高溫階段產(chǎn)一、結(jié)晶裂紋形成機(jī)理焊接熱裂紋一、結(jié)晶裂紋形成機(jī)理焊接熱裂紋三、防治結(jié)晶裂紋的措施（一）、冶金因素方面1.控制焊縫中的硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量2.改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒不銹鋼焊接，希望得到５％的δ相三、防治結(jié)晶裂紋的措施（一）、冶金因素方面1.控制焊縫中三、防治結(jié)晶裂紋的措施（二）、工藝因素方面1.適當(dāng)增加焊接線能量和提高預(yù)熱溫度2.接頭形式3.焊接次序三、防治結(jié)晶裂紋的措施（二）、工藝因素方面1.適當(dāng)增加焊接三、防治結(jié)晶裂紋的措施接頭形式對(duì)裂紋傾向的影響三、防治結(jié)晶裂紋的措施接頭形式對(duì)裂紋傾向的影響三、防治結(jié)晶裂紋的措施鍋爐管板與管束的焊接次序?qū)ΨQ焊接法舉例三、防治結(jié)晶裂紋的措施鍋爐管板與管束的焊接次序?qū)ΨQ焊接法舉例一、再熱裂紋的主要特征

1.發(fā)生在HAZ的粗晶部位呈晶間開裂。

2.消應(yīng)力前焊接區(qū)存在較大的殘余應(yīng)力和不同程度的應(yīng)力集中。

3.存在一個(gè)最敏感的溫度區(qū)間。

4.含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬材料具有再熱裂紋的敏感性。第四節(jié)再熱裂紋一、再熱裂紋的主要特征1.發(fā)生在HAZ的粗晶部位呈二、再熱裂紋的機(jī)理

（一）晶界雜質(zhì)析集弱化作用

研究表明，再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動(dòng)導(dǎo)致微裂而產(chǎn)生和發(fā)展的。

焊后熱處理時(shí)，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動(dòng)變形量超過該部位的塑性變形能力。二、再熱裂紋的機(jī)理（一）晶界雜質(zhì)析集弱化作用研二、再熱裂紋的機(jī)理

（二）晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用

沉淀相一次加熱固溶，二次再熱在晶內(nèi)析出導(dǎo)致晶內(nèi)強(qiáng)化。

（三）蠕變斷裂理論二、再熱裂紋的機(jī)理（二）晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用沉淀三、再熱裂紋的影響因素及其防治

（一）冶金因素1.化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響隨鋼種的不同而差異2.鋼的晶粒度對(duì)再熱裂紋的影響三、再熱裂紋的影響因素及其防治（一）冶金因素1

三、再熱裂紋的影響因素及其防治

3.焊接接頭不同部位和缺口效應(yīng)對(duì)SR的影響缺口位置與再熱裂紋的關(guān)系三、再熱裂紋的影響因素及其防治3.焊接接頭不同部位和三、再熱裂紋的影響因素及其防治

（二）工藝因素1.焊接方法的影響2.預(yù)熱及后熱的影響3.選用低匹配的焊材4.降低殘余應(yīng)力、避免應(yīng)力集中三、再熱裂紋的影響因素及其防治（二）工藝因素1

三個(gè)大方面來控制焊接冷裂紋：

1）必須盡力減小焊接應(yīng)力（熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和拘束應(yīng)力）

2）消除一切氫的來源；

3）改善焊接接頭的組織狀況。

三個(gè)大方面來控制焊接冷裂紋：當(dāng)母材確定后，主要是通過選擇焊接方法、控制焊接工藝和合理選用焊接材料，必要時(shí)采用焊后熱處理。

1）焊接工藝的作用：

a.

（局部）預(yù)熱，增加T8/5，減小和避免淬硬M組織，降低內(nèi)應(yīng)力，并有利于氫的逸出。鋼板越厚，鋼種的碳當(dāng)量越大，預(yù)熱溫度越高。當(dāng)母材確定后，主要是通過選擇焊接方法、控制焊接工藝和

b焊接線能量的控制El調(diào)整t8/5，El越大，焊縫冷卻時(shí)間越長(zhǎng)，可減輕或避免淬硬組織，并利于氫的逸出，降低了冷裂傾向。但El過大，導(dǎo)致焊接接頭過熱，組織粗大，焊接接頭性能降低。

c多層焊（或雙絲焊接）。b焊接線能量的控制El前道焊縫對(duì)后道焊縫有預(yù)熱作用，后道焊縫對(duì)前道焊縫有回火作用，可以改善焊接接頭組織，，并利于擴(kuò)散氫的析出，需要控制層間溫度。

d焊后的后熱處理減小殘余應(yīng)力，改善組織，并消除擴(kuò)散氫前道焊縫對(duì)后道焊縫有預(yù)熱作用，后道焊縫對(duì)前道焊縫有回火作用，

2）焊接材料的選用選用低氫型焊條和焊劑。選用CO2氣體保護(hù)焊接可以獲得很低含氫量的焊縫金屬。必須仔細(xì)烘干焊接材料，將焊件、焊絲上的鐵銹和油污清理干凈。

3）降低焊接接頭的拘束應(yīng)力從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝等幾方面設(shè)法解決。返回2）焊接材料的選用返回一、層狀撕裂的主要特征及危害性

特征：1.內(nèi)部低溫開裂

2.呈階梯狀擴(kuò)展

3.平臺(tái)+剪切壁

4.易在T形接頭和角接接頭出現(xiàn)

5.在焊接接頭的焊根和焊趾處第五節(jié)層狀撕裂一、層狀撕裂的主要特征及危害性特征：1.內(nèi)部低溫開（一）層狀撕裂的形成機(jī)理（二）影響因素二、層狀撕裂的形成機(jī)理及影響因素

1.非金屬夾雜的種類、數(shù)量和分布形態(tài)

夾雜物的體積比；夾雜物的累積長(zhǎng)度

2.Z向拘束應(yīng)力（一）層狀撕裂的形成機(jī)理（二）影響因素二、層狀撕裂的

3.氫的影響

冷裂誘發(fā)引起三、層狀撕裂判據(jù)

（一）Z向拉伸斷面收縮率不小于15%

（二）插銷Z向應(yīng)力判據(jù)

與碳當(dāng)量、氫含量及硫含量有關(guān)3.氫的影響

冷裂誘發(fā)引起三、層狀撕裂四、防止層狀撕裂的措施

（一）選用具有抗層狀撕裂的鋼材

1.精煉鋼

2.控制硫化物夾雜的形態(tài)

1.盡量避免單側(cè)焊縫，緩和根部應(yīng)力狀態(tài)

（二）設(shè)計(jì)和工藝上的措施四、防止層狀撕裂的措施（一）選用具有抗層狀撕裂的鋼材

2.強(qiáng)度允許情況下，采用焊接量少的焊縫代替焊接量多的焊縫

3.在承受Z向應(yīng)力的一側(cè)開坡口

4.預(yù)先焊打底焊縫，緩和Z向應(yīng)力

5.采取防冷裂措施2.強(qiáng)度允許情況下，采用焊接量少的焊縫代替焊接量應(yīng)力腐蝕裂紋焊接工藝參數(shù)課件一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害性

在腐蝕介質(zhì)及有拉應(yīng)力存在時(shí)，應(yīng)力腐蝕裂紋造成嚴(yán)重的失效事故

（一）應(yīng)力腐蝕裂紋的分布二、應(yīng)力腐蝕裂紋的特征一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害性在腐蝕介質(zhì)及有拉應(yīng)力存在時(shí)

（二）機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理

滑移臺(tái)階高度大于氧化膜的厚度，氧化膜破裂，金屬露于表面。塑性變形引起的滑移臺(tái)階（二）機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理

滑移臺(tái)階高度大于氧化膜的厚四、應(yīng)力腐蝕裂紋的影響因素及其防治

（一）組裝

（二）焊材的選擇：與母材成分一致

（三）焊接工藝：焊接線能量

（四）焊后消應(yīng)力處理（五）表面改質(zhì)四、應(yīng)力腐蝕裂紋的影響因素及其防治（一）組裝（二）焊材的謝謝！謝謝！焊接裂紋及防治措施小結(jié)孫化強(qiáng)重慶大學(xué)sunhq0815@163.com焊接裂紋及防治措施小結(jié)孫化強(qiáng)第一節(jié)．裂紋分布與種類裂紋是焊接缺陷危害最大而且是最普遍的一種，可以成為構(gòu)件脆斷、疲勞破壞和腐蝕破壞的起因，它不僅可以使產(chǎn)品報(bào)廢，而且還可能因未檢測(cè)出導(dǎo)致以后災(zāi)難性的事故。

圖1-1焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布1-焊接中縱向裂紋2-焊縫中橫向裂紋3-熔合區(qū)裂紋4-焊縫根部裂紋5-HAZ根部裂紋6一焊趾縱向裂紋(延遲裂紋)7-焊趾縱向裂紋（液化裂紋、再熱裂紋）8-焊道下裂紋(延遲裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋)9-層狀撕裂10-弧坑裂紋(火口裂紋)a)縱向裂紋b)橫內(nèi)裂紋c)星形裂紋返回第一節(jié)．裂紋分布與種類裂紋是焊接缺陷危害焊接裂紋的分類裂紋的分類按裂紋分布的走向分：①橫向裂紋；②縱向裂紋；③星形（弧形裂紋）按裂紋發(fā)生部位分①焊縫金屬中裂紋；②熱影響區(qū)中裂紋；③焊縫熱影響區(qū)貫穿裂紋。按產(chǎn)生本質(zhì)分類①熱裂紋；②冷裂紋；③再熱裂紋；④層狀撕裂；⑤應(yīng)力腐蝕裂紋焊接裂紋的分類裂紋的分類一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理有的結(jié)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(jié)晶裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹枝狀晶體之間，這說明在結(jié)晶過程中晶界是最薄弱的部位。第二節(jié)焊接熱裂紋一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理第二節(jié)焊接熱裂紋

由于先結(jié)晶的固相金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)多，并富集在晶界。這些雜質(zhì)容易形成低的熔點(diǎn)的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之間形成一個(gè)液態(tài)薄膜。如果此時(shí)有拉伸應(yīng)力存在就會(huì)產(chǎn)生裂紋（圖5-16）。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（1）

產(chǎn)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(yīng)力。由于先結(jié)晶的固相金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)多

在整個(gè)結(jié)晶過程中，從液到固可分為三個(gè)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(dòng)，此時(shí)既使有拉伸應(yīng)力也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（2）在整個(gè)結(jié)晶過程中，從液到固可分為三個(gè)階段：結(jié)晶裂紋的（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(diǎn)共晶，流動(dòng)也發(fā)生困難，這時(shí)若有拉伸應(yīng)力產(chǎn)生的小裂紋無法靠液態(tài)金屬填充，成為一個(gè)“裂紋源”。此階段也叫“脆性溫度區(qū)”。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（3）（3）完全凝固階段完全凝固后金屬有較好的強(qiáng)度和塑性，既使有拉伸應(yīng)力也難以產(chǎn)生裂紋。（2）固－液階段（固多于液）結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（3）（3）完1冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響影響因素有相圖類型、化學(xué)成分、結(jié)晶組織形態(tài)。二、結(jié)晶裂紋的影響因素

產(chǎn)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(zhì)、焊件拘束度、焊接工藝等）。1冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響二、結(jié)晶裂紋的影響因

相圖的結(jié)晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時(shí)間越長(zhǎng)），產(chǎn)生熱裂紋的可能性越大（圖5－19）。影響相圖結(jié)晶溫度區(qū)間大小與合金的含量有關(guān)。（1）相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大?。?）

由于焊接是在非平衡條件下結(jié)晶，結(jié)晶溫度區(qū)間要偏離平衡條件下的結(jié)晶溫度區(qū)間，因此最大結(jié)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(jié)晶溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時(shí)間越長(zhǎng)）

各種狀態(tài)圖對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）。相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大小（2）各種狀態(tài)圖對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向的規(guī)律（圖5－20）

對(duì)凝固溫度范圍的影響；對(duì)形成低熔點(diǎn)相的影響（尤其是S、P）。對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響比較大的合金是一些能形成低熔點(diǎn)共晶的合金元素，熔點(diǎn)越低、數(shù)量越大，裂紋傾向越大。（2）合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（1）對(duì)凝固溫度范圍的影響；（2）合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋1）硫、磷：S、P可擴(kuò)大Fe的結(jié)晶區(qū)間（圖5－21），并能與Fe形成多種低熔點(diǎn)共晶。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（2）1）硫、磷：S、P可擴(kuò)大Fe的結(jié)晶區(qū)間（圖5－21），并2）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(yīng)）的鋼不易發(fā)生熱裂。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)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<3）錳：Mn有脫硫作用，生成高熔點(diǎn)MnS（1600℃），生產(chǎn)的MnS為球狀。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（5）

隨著鋼中含碳量增加，Mn/S也應(yīng)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(diǎn)MnS（1600℃），生產(chǎn)4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時(shí)，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(duì)產(chǎn)生結(jié)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(jié)晶裂紋作用，但它們也是強(qiáng)脫氧元素。氧化稀土也有脫硫作用。6）鎳：Ni和S形成低熔點(diǎn)共晶（NiS2645℃），易于引起結(jié)晶裂紋。4）硅：Si是脫氧元素，但焊縫中Si>0.4％時(shí)，容易形成(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(duì)產(chǎn)生結(jié)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

焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向?qū)沽研杂泻艽笥绊?。晶粒越粗大、柱狀晶方向越明顯，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向就越大。所以細(xì)化晶粒有利于打破液膜的連續(xù)性，是減小結(jié)晶裂紋的有效措施。（3）結(jié)晶組織對(duì)結(jié)晶裂紋的影響（1）焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向?qū)沽研杂泻艽笥绊?冶金因素（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)含量盡量減少低熔點(diǎn)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(duì)重要焊接構(gòu)件應(yīng)采用堿性焊條或焊劑，以進(jìn)一步減小有害雜質(zhì)含量。三、防止結(jié)晶裂紋的措施

從冶金因素和工藝因素（減少應(yīng)力）兩方面著手。1冶金因素三、防止結(jié)晶裂紋的措施從冶金因素和工藝因素

加入細(xì)化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細(xì)化晶粒。（2）改善焊縫組織

對(duì)A體不銹鋼焊接可采用A+δ雙相組織焊縫（δ~5％），以減少結(jié)晶裂紋和提高焊縫抗晶間腐蝕能力。加入細(xì)化晶粒元素（Ti、Mo、V、Nb）細(xì)化晶粒

選用合理的焊接工藝，如焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、接頭型式、焊接順序等，目的是盡量減少焊縫的拉伸應(yīng)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(chǎn)生的拉伸應(yīng)力引起應(yīng)變?yōu)棣う?，則單位溫度變化引起的應(yīng)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(yù)熱、接頭對(duì)于厚板對(duì)于薄板

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

對(duì)薄板

由這二式可見，適當(dāng)增加線能量E和提高預(yù)熱溫度，可降低冷卻速度，減少焊縫金屬的應(yīng)變，從而降低結(jié)晶裂紋傾向。焊接工藝參數(shù)（2）則對(duì)厚板焊接工藝參數(shù)（2）

焊接接頭形式對(duì)接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分布影響很大，因而結(jié)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?yàn)?）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(yīng)盡量避免應(yīng)力集中（錯(cuò)邊、咬肉、未焊透）*（2）接頭形式焊接接頭形式對(duì)接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分

一般順序原則：對(duì)稱焊，分散應(yīng)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(duì)稱焊，分散應(yīng)力，最后一道才是拘一、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(yīng)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（1）發(fā)生在中高碳鋼、合金鋼的熱影響區(qū)（圖5－39）。（高強(qiáng)）2冷裂紋的一般特征（1）（3）多發(fā)生在具有應(yīng)力集中的焊接熱影響區(qū)。（高應(yīng)力）（2）在焊后冷至Ms點(diǎn)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（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經(jīng)過一段時(shí)間出現(xiàn)，在25℃時(shí)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(kuò)展，也可穿晶擴(kuò)展。（脆斷）（5）裂紋可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能經(jīng)過一段時(shí)間出現(xiàn)，在25常見低合金高強(qiáng)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(yīng)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(kuò)展。二、冷裂紋的種類（1）常見低合金高強(qiáng)鋼的延遲裂紋有：二、冷裂紋的種類（1）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）3根部裂紋起源于焊縫根部應(yīng)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）三、焊接冷裂紋的機(jī)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(chǎn)生焊接冷裂紋的三大因素，而且這三個(gè)因素是相互關(guān)聯(lián)的。1鋼的淬硬傾向

淬硬傾向越大越易產(chǎn)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(shí)易形成粗大M體，硬而脆，裂紋一旦形成，極易擴(kuò)展。各種組織對(duì)裂紋的敏感性由弱到強(qiáng)的排列順序?yàn)椋篎或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(jī)理鋼的淬硬傾向、焊縫含氫

隨著熱應(yīng)變量增加，位錯(cuò)密度也隨之增加，在應(yīng)力作用下位錯(cuò)發(fā)生移動(dòng)和聚集，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定臨界值后，就會(huì)形成裂紋源，在應(yīng)力作用下，擴(kuò)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(píng)定高強(qiáng)鋼裂紋傾向的重要指標(biāo)。隨著熱應(yīng)變量增加，位錯(cuò)密度也隨之增加，在應(yīng)力作

某種鋼開始出現(xiàn)裂紋時(shí)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(xué)成分、剛度、預(yù)熱溫度及冷速有關(guān)。如碳當(dāng)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(qiáng)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(shí)的氫含量稱為臨界含氫量[H]

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(guān)。（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

氫在A體中的溶解度遠(yuǎn)大于在F體中的溶解度，因此在A→F時(shí)氫的溶解度急劇下降（圖5－46a）。氫在F體的擴(kuò)散速度大于A體（圖5－46b，表5－5）。（2）金屬組織對(duì)氫擴(kuò)散的影響（1）氫在A體中的溶解度遠(yuǎn)大于在F體中的溶解度，因此

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(nèi)部擴(kuò)散。由于氫在M體中擴(kuò)散系數(shù)最小，造成氫集聚。金屬組織對(duì)氫擴(kuò)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（1）馬氏體致裂學(xué)說：對(duì)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(shí)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(kuò)展。所以M體相變是冷裂紋的主導(dǎo)因素，氫的作用是輔助的。

冷裂紋的兩種學(xué)說（1）（1）馬氏體致裂學(xué)說：冷裂紋的兩種學(xué)說（1）

強(qiáng)調(diào)氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點(diǎn)為：金屬內(nèi)部的缺陷（微孔、夾雜、位錯(cuò)、空位）提供了潛在的裂紋源，在應(yīng)力作用下，誘使氫原子向該處擴(kuò)散并聚集結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生很大的應(yīng)力。這樣氫在裂口尖端產(chǎn)生三維應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)又促使氫在該處富集造成更大的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過一定值時(shí)裂紋向前延伸，應(yīng)力釋放一部分，使氫的濃度擴(kuò)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(dá)到臨界濃度時(shí)，裂紋再次向前擴(kuò)展。（2）氫脆致裂紋學(xué)說（1）強(qiáng)調(diào)氫脆是冷裂紋的主要原因。主要觀點(diǎn)為：（2）氫脆致1鋼化學(xué)成分的影響實(shí)質(zhì)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(qiáng)。根據(jù)構(gòu)件的碳當(dāng)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(dāng)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(yù)熱溫度：

T0=1440Pw－392℃1鋼化學(xué)成分的影響四、影響冷裂紋的主要因素及其防治

焊接接頭開始產(chǎn)生裂紋時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σcr。σcr值可用試驗(yàn)方法測(cè)得。設(shè)計(jì)焊縫時(shí)只要σcr>σ（或Rcr>R）就可以認(rèn)為是安全的。2拘束應(yīng)力影響（1）焊接接頭開始產(chǎn)生裂紋時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σc

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(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，在一些塑性應(yīng)變和微觀缺陷部位發(fā)生氫聚集（應(yīng)力集中高的部位的氫濃度高于平均值的5倍多），使這個(gè)部位很快達(dá)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（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(shí)更有害。但對(duì)于低碳低合金鋼適當(dāng)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(duì)冷裂紋的影響（1）預(yù)熱可以有效防止冷裂紋，但溫度過高會(huì)增加附加應(yīng)力（因是局部加熱），反而增加冷裂傾向。所以預(yù)熱溫度主要是從降低冷速，減小淬硬傾向考慮。低合金高強(qiáng)鋼的預(yù)熱溫度經(jīng)驗(yàn)公式為：

T(℃)=324Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72δ－214（2）預(yù)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

由于冷裂紋存在潛伏期，所以要在裂紋產(chǎn)生前要進(jìn)行加熱處理。尤其是對(duì)不預(yù)熱的焊件，后熱處理要及時(shí)，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(yīng)力；3）消除擴(kuò)散氫；4）降低預(yù)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(chǎn)生前要進(jìn)行

后一道焊縫對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了熱處理，有利于氫的逸出，組織的改善，可防止冷裂紋產(chǎn)生。但要在第一層焊縫尚未產(chǎn)生根部裂紋的潛伏期內(nèi)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(yù)熱溫度越低（圖5－71）。后一道焊縫對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了熱處理，有利于氫的逸（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素強(qiáng)化，既提高強(qiáng)度，又保證金屬有一定的韌性。2）采用高質(zhì)量鋼降低S、P、O、N雜質(zhì)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(qiáng)度焊條，降低拘束應(yīng)力。6）用奧氏體鋼焊條焊接淬硬傾向較大的中碳調(diào)質(zhì)鋼。（2）工藝方面焊前預(yù)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防止冷裂紋的途徑產(chǎn)生：焊接接頭的冷卻過程中，且溫度處在固相線附近的高溫階段產(chǎn)生。存在部位：焊縫為主，熱影響區(qū)特征：宏觀看，焊縫熱裂紋沿焊縫的軸向成縱向分布（連續(xù)或繼續(xù)）也可看到縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無光澤；微觀看，沿晶粒邊界（包括亞晶界）分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì)。分類：①結(jié)晶裂紋②高溫液化裂紋③多邊化裂紋焊接熱裂紋產(chǎn)生：焊接接頭的冷卻過程中，且溫度處在固相線附近的高溫階段產(chǎn)一、結(jié)晶裂紋形成機(jī)理焊接熱裂紋一、結(jié)晶裂紋形成機(jī)理焊接熱裂紋三、防治結(jié)晶裂紋的措施（一）、冶金因素方面1.控制焊縫中的硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量2.改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒不銹鋼焊接，希望得到５％的δ相三、防治結(jié)晶裂紋的措施（一）、冶金因素方面1.控制焊縫中三、防治結(jié)晶裂紋的措施（二）、工藝因素方面1.適當(dāng)增加焊接線能量和提高預(yù)熱溫度2.接頭形式3.焊接次序三、防治結(jié)晶裂紋的措施（二）、工藝因素方面1.適當(dāng)增加焊接三、防治結(jié)晶裂紋的措施接頭形式對(duì)裂紋傾向的影響三、防治結(jié)晶裂紋的措施接頭形式對(duì)裂紋傾向的影響三、防治結(jié)晶裂紋的措施鍋爐管板與管束的焊接次序?qū)ΨQ焊接法舉例三、防治結(jié)晶裂紋的措施鍋爐管板與管束的焊接次序?qū)ΨQ焊接法舉例一、再熱裂紋的主要特征

1.發(fā)生在HAZ的粗晶部位呈晶間開裂。

2.消應(yīng)力前焊接區(qū)存在較大的殘余應(yīng)力和不同程度的應(yīng)力集中。

3.存在一個(gè)最敏感的溫度區(qū)間。

4.含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬材料具有再熱裂紋的敏感性。第四節(jié)再熱裂紋一、再熱裂紋的主要特征1.發(fā)生在HAZ的粗晶部位呈二、再熱裂紋的機(jī)理

（一）晶界雜質(zhì)析集弱化作用

研究表明，再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動(dòng)導(dǎo)致微裂而產(chǎn)生和發(fā)展的。

焊后熱處理時(shí)，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動(dòng)變形量超過該部位的塑性變形能力。二、再熱裂紋的機(jī)理（一）晶界雜質(zhì)析集弱化作用研二、再熱裂紋的機(jī)理

（二）晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用

沉淀相一次加熱固溶，二次再熱在晶內(nèi)析出導(dǎo)致晶內(nèi)強(qiáng)化。

（三）蠕變斷裂理論二、再熱裂紋的機(jī)理（二）晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用沉淀三、再熱裂紋的影響因素及其防治

（一）冶金因素1.化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響隨鋼種的不同而差異2.鋼的晶粒度對(duì)再熱裂紋的影響三、再