金屬熔焊原理（第3版）課件：焊接冶金缺陷

金屬熔焊原理

焊接冶金缺陷主要內(nèi)容第一節(jié)焊縫中的氣孔第二節(jié)焊縫中的夾雜物第三節(jié)焊接裂紋一、氣孔的類型及分布特征二、焊縫中氣孔的形成三、影響氣孔生成的因素及防止措施第一節(jié)焊縫中的氣孔1

析出型氣孔：

高溫時(shí)能大量溶于液體金屬，而在凝固過(guò)程中溶解度突然下降的氣體，如H2，N2。2反應(yīng)型氣孔：

在溶池進(jìn)行化學(xué)冶金反應(yīng)中形成而又不溶解于液體金屬中的氣體，如CO，H2O。[FeO]+[C]=CO+[Fe][Cu2O]+2[H]=H2O+2[Cu]一、氣孔的類型及分布特征（1）氫氣孔氫氣孔產(chǎn)生的原因：由于氫在液態(tài)金屬中溶解度很高，在高溫時(shí)熔池和熔滴就有可能吸收大量的氫。而在溫度下降時(shí)，溶解度隨之下降，熔池開(kāi)始凝固后，氫的溶解度急劇下降，熔池中的氫將以過(guò)飽和的狀態(tài)存在，因此就會(huì)形成氣泡向外逸出，如果氣泡未能在溶池完全凝固前逸出，則在焊縫中就形成了氣孔。氫氣孔的特點(diǎn)：多分布于表面，斷面呈螺釘狀，上大下小的喇叭口形。（2）氮?dú)饪缀缚p表面，成堆出現(xiàn)氮?dú)饪滓话惝a(chǎn)生于保護(hù)不良的情況下。1析出型氣孔（1）CO氣孔在熔滴過(guò)渡、熔池中發(fā)生此反應(yīng)：[FeO]+[C]=CO+[Fe]在冶金反應(yīng)后期形成的CO氣體，由于此時(shí)溫度下降，溶池開(kāi)始凝固，液體金屬粘度增加并且由于冷卻過(guò)快等原因，使CO難于從溶池中溢出，從而形成氣孔。CO氣孔多在焊縫內(nèi)部，沿結(jié)晶方向分布，呈條蟲(chóng)狀，內(nèi)壁有氧化顏色2反應(yīng)型氣孔（2）H2O氣孔焊接銅時(shí)，溫度低于1200℃，發(fā)生反應(yīng)[Cu2O]+2[H]=H2O+2[Cu]焊接鎳時(shí)，發(fā)生反應(yīng)[Ni2O]+2[H]=H2O+2[Ni]2反應(yīng)型氣孔1.氣泡的生核（1）液態(tài)金屬中有過(guò)飽和的氣體（2）滿足氣泡生核的能量消耗2.氣泡的長(zhǎng)大（1）氣泡的內(nèi)壓足以克服所受的外壓（2）長(zhǎng)大要有足夠的速度3.氣泡的逸出實(shí)際是經(jīng)歷脫離現(xiàn)成表面和向上浮出兩個(gè)過(guò)程決定于氣泡浮出速度和熔池金屬結(jié)晶速度的差異結(jié)晶速度越大，金屬的導(dǎo)熱性越好，液態(tài)金屬的粘度越大，液態(tài)金屬的密度越小，均易產(chǎn)生氣孔二、焊縫中氣孔的形成1.影響因素（1）冶金因素的影響（2）工藝因素的影響2.防止氣孔產(chǎn)生的措施（1）控制氣體的來(lái)源（2）正確選用焊接材料（3）控制焊接工藝條件三、影響氣孔生成的因素及防止措施A熔渣氧化性的影響熔渣的氧化性增大時(shí)，CO引起氣孔的傾向增加熔渣的還原性增大時(shí)，H2引起的氣孔傾向增加適當(dāng)調(diào)整熔渣的氧化性，可以有效地防止這兩類氣孔的產(chǎn)生堿性焊條對(duì)CO氣孔更為敏感。1.影響因素

（1）冶金因素的影響B(tài)焊條藥皮和焊劑成分的影響堿性焊條藥皮中加入CaF2，與H生成HF,可有效的防止氫氣孔。但CaF2的含量增加時(shí)會(huì)影響電弧穩(wěn)定性，為了穩(wěn)定電弧而需加入K和Na等低電離電位物質(zhì)。藥皮和焊劑中適當(dāng)增加氧化性組成物，能與氫生成OH，可降低氫氣孔傾向。酸性焊條一般加入一定的強(qiáng)氧化性物質(zhì)，如FeO，MnO，MgQ等，生成OH可防止氫氣孔。在埋弧焊劑的熔渣中，同時(shí)存在CaF2和SiO2時(shí)，對(duì)消除氫氣孔更有效1.影響因素

（1）冶金因素的影響C鐵銹及水分的影響氧化皮的主要成分是Fe3O4?mH2O鐵銹成分的為Fe2O3?nH2O。高溫會(huì)分解，生成H,因此會(huì)形成H2氣孔。高價(jià)氧化鐵與鐵作用還生成FeO，即

Fe3O4+Fe=4FeOFe2O3+Fe=3FeO因此易生成CO氣孔。1.影響因素

（1）冶金因素的影響酸性焊條，少量的鐵銹或氧化皮的影響不大。因?yàn)樗嵝匀墼蠪eO容易形成復(fù)化物，活度較低，不易向熔池中過(guò)渡。此外，酸性渣的氧化性較強(qiáng)，所以對(duì)氫氣孔也不敏感。堿性焊條對(duì)鐵銹及氧化皮比較敏感。因?yàn)閴A性熔渣中FeO活度較大，熔渣中稍有增加，焊縫中的就明顯增多。因此用堿性焊條焊接時(shí)，為了防止氣孔，要求對(duì)工件表面進(jìn)行嚴(yán)格的清理。此外，堿性焊條對(duì)水分也很敏感，因這類焊條熔池脫氧比較完全，不具有CO氣泡沸騰而排除氫氣的能力，熔池中一旦溶解了氫就很難排出。

酸性焊條與堿性焊條相比，哪個(gè)對(duì)鐵銹更為敏感？A焊接參數(shù)的影響電流過(guò)大，電壓過(guò)大，焊接速度過(guò)大B電流種類和極性的影響主要影響H2氣孔交流產(chǎn)生氣孔最多直流正接產(chǎn)生氣孔少直流反接產(chǎn)生氣孔最少C工藝操作的影響焊前清理焊前烘干采用低氫型焊條、短弧焊采用直流時(shí)，防止磁偏吹的產(chǎn)生定位焊1.影響因素

（2）工藝因素的影響（1）控制氣體的來(lái)源：A表面清理B焊接材料的防潮與烘干C加強(qiáng)保護(hù)（2）正確選用焊接材料低氫型焊條、活性氣體保護(hù)焊等（3）控制焊接工藝條件創(chuàng)造氣體析出的條件2.防止氣孔產(chǎn)生的措施一、夾雜的種類及危害二、防止焊縫中形成夾雜物的措施第二節(jié)焊縫中的夾雜1.氧化物夾雜主要組成是SiO2，其次是MnO，TiO2，Al2O3等。是造成熱裂紋的主要原因。熔池脫氧完全，氧化物夾渣就少。2.硫化物夾雜主要以MnS和FeS形式存在，其中FeS危害更大。3.氮化物夾雜主要以Fe4N的形式存在，金屬的強(qiáng)度，硬度上升，塑性，韌性明顯下降。只有保護(hù)不良時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。一、夾雜的種類及危害1.控制其來(lái)源氧化物—脫氧，氮化物—加強(qiáng)保護(hù)，硫化物—脫硫2.正確選用焊接材料脫氧、脫硫效果好3.采用合理的焊接工藝（1）選擇合適的焊接參數(shù)適當(dāng)?shù)卦龃鬅彷斎耄?）徹底清除焊縫表面的焊渣（3）焊條電弧焊時(shí)，焊條作適當(dāng)擺動(dòng)以利于夾雜物的浮出（4）施焊時(shí)注意保護(hù)熔池，包括控制電弧長(zhǎng)度二、防止焊縫中形成夾雜物的措施一、裂紋的危害、分類及其特征二、焊接熱裂紋三、消除應(yīng)力裂紋四、焊接冷裂紋五、層狀撕裂六、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂第三節(jié)焊接裂紋隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)趨向大型化、大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展；在低溫、深冷、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作。高強(qiáng)鋼種和合金材料應(yīng)用，給焊接生產(chǎn)上帶來(lái)了許多新問(wèn)題。其中普遍而又十分嚴(yán)重的就是焊接裂紋。1）減少焊接接頭的有效工作面積2）造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中3）造成泄露4）造成或加速結(jié)構(gòu)的腐蝕5）留下隱患，使結(jié)構(gòu)變得不可靠一、裂紋的危害

圖5-4焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布

a）縱向裂紋b)橫向裂紋c）星型裂紋1-焊縫縱向裂紋2-焊縫橫向裂紋3-熔合區(qū)裂紋4-焊縫根部裂紋5-HAZ根部裂紋6-焊趾縱向裂紋（延遲裂紋)7-焊趾縱向裂紋（液化裂紋、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l0弧坑裂紋一、裂紋的分類及其特征熱裂紋是在焊接時(shí)高溫下產(chǎn)生的，故稱熱裂紋。沿原奧氏體晶界開(kāi)裂。1）結(jié)晶裂紋發(fā)生裂紋的焊縫斷面上，可以看到有氧化的彩色。2）高溫液化裂紋近縫區(qū)或多層焊的層間部位。熱循環(huán)作用下，被焊金屬含有較多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶界發(fā)生開(kāi)裂。3）多邊化裂紋剛凝固的金屬中存在很多晶格缺陷，晶格缺陷的遷移和聚集，便形成了二次邊界，即“多邊化邊界”。邊界上堆積了大量的晶格缺陷，組織性能脆弱，高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性都很差，只要有拉伸應(yīng)力，就會(huì)沿多邊化的邊界開(kāi)裂，產(chǎn)生“多邊化裂紋”。結(jié)晶裂紋液化裂紋多邊化裂紋1.焊接熱裂紋1）延遲裂紋焊后不立即出現(xiàn)，有一定孕育期，具有延遲現(xiàn)象。冷裂紋(ColdCracking)是焊后冷至較低溫度下產(chǎn)生的。2）淬硬脆化裂紋淬硬傾向很大的鋼種，在拘束應(yīng)力的作用下導(dǎo)致開(kāi)裂。沒(méi)有延遲現(xiàn)象，焊后可以立即發(fā)現(xiàn)。3）低塑性脆化裂紋塑性較低材料，冷至低溫，由收縮力而引起的應(yīng)變超過(guò)材質(zhì)本身所具有的塑性儲(chǔ)備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生的裂紋。淬硬脆化裂紋延遲裂紋2.焊接冷裂紋再熱裂紋多發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼和某些鎳基合金的焊接熱影響區(qū)粗晶部位。敏感溫度約在550~650℃。沿晶開(kāi)裂的特征，但在本質(zhì)上與結(jié)晶裂紋不同。厚板焊接結(jié)構(gòu)，采用含有沉淀強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或在一定溫度下服役的過(guò)程中，在焊接熱影響區(qū)粗晶部位發(fā)生的裂紋稱為再熱裂紋，又稱“消除應(yīng)力處理裂紋”，簡(jiǎn)稱SR裂紋。3.消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）建造大型采油平臺(tái)和厚壁壓力容器過(guò)程中，出現(xiàn)平行于軋制方向階梯形裂紋，即所謂層狀撕裂。產(chǎn)生層狀撕裂的主要原因是軋制鋼材的內(nèi)部存在不同程度的分層夾雜物，焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直于軋制方向的應(yīng)力，致使熱影響區(qū)附近或稍近的地方，產(chǎn)生呈“臺(tái)階”形的層狀開(kāi)裂，并可穿晶擴(kuò)展。層狀撕裂易發(fā)生在厚壁結(jié)構(gòu)的角接接頭、T形接頭、十字接接的熱影響區(qū)中，有時(shí)也出現(xiàn)在母材中，裂紋沿軋制方向擴(kuò)展4.層狀撕裂在腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生一種延遲破壞的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱SCC裂紋。SCC裂紋的形態(tài)如同枯干的樹(shù)枝，從表面向深處發(fā)展。SCC裂紋斷口為典型脆性斷口。5.應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂焊接裂紋的特點(diǎn)（一）焊縫中的結(jié)晶裂紋1.結(jié)晶裂紋的特征2.結(jié)晶裂紋產(chǎn)生機(jī)理3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素4.防止結(jié)晶裂紋的措施（二）液化裂紋1.液化裂紋的特點(diǎn)2.液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理3.影響液化裂紋形成的影響因素4.防止液化裂紋的措施二、焊接熱裂紋形成的溫度：固相線附近形成的部位：焊縫中形成的材料：主要產(chǎn)生于含S、P、C、Si偏高的鋼中裂紋沿著晶界擴(kuò)展裂紋具有氧化的顏色

焊縫結(jié)晶裂紋焊縫中心縱向裂紋

焊縫沿樹(shù)枝晶界結(jié)晶裂紋

（一）焊縫中的結(jié)晶裂紋

1.結(jié)晶裂紋的特征冶金因素：由于材料中含有較多的C、S、P等易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)的雜質(zhì)，在結(jié)晶末期，在晶界處形成“液態(tài)薄膜”。力的因素：在結(jié)晶末期在焊縫中產(chǎn)生拉應(yīng)力。裂紋形成的條件當(dāng)液態(tài)薄膜與拉應(yīng)力共同存在時(shí)，開(kāi)裂與否取決于焊縫金屬的變形能力δmin與其產(chǎn)生的實(shí)際應(yīng)變?chǔ)胖g的關(guān)系。只有當(dāng)ε>δmin時(shí)，才會(huì)開(kāi)裂。（一）焊縫中的結(jié)晶裂紋

2.結(jié)晶裂紋產(chǎn)生機(jī)理液態(tài)薄膜與結(jié)晶裂紋關(guān)系

熔池的結(jié)晶分為三個(gè)階段：(1)液固階段；(2)固液階段“脆性溫度區(qū)”；(3)完全凝固階段強(qiáng)度和塑性恢復(fù)，很難發(fā)生裂紋。（1）合金元素的影響1)硫和磷結(jié)晶溫度區(qū)間增加，易形成液態(tài)薄膜，增加結(jié)晶裂紋傾向。2)碳主要影響元素，能加劇硫、磷的有害作用。3)錳能置換FeS形成MnS，使薄膜狀FeS改變?yōu)榍驙罘植肌ｋS含碳量的增加，則Mn/S的比值也應(yīng)隨之增加。(4)硅δ相形成元素，有利于消除結(jié)晶裂紋，Si>0.4％時(shí)，易形成硅酸鹽夾雜，增加了裂紋傾向。5)Ti、Zr和Re能形成高熔點(diǎn)的硫化物，比錳的效果還好，對(duì)消除結(jié)晶裂紋有良好作用。6)鎳易與硫形成低熔共晶(Ni與Ni3S2熔點(diǎn)僅645℃)，會(huì)引起結(jié)晶裂紋。（一）焊縫中的結(jié)晶裂紋

3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素（2）合金相圖的類型和結(jié)晶溫度區(qū)間的影響脆性溫度區(qū)間的寬度，隨固液相線間的垂直距離的增加而加寬，裂紋傾向也隨之增大3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素合金狀態(tài)圖與結(jié)晶裂紋傾向的關(guān)系完全互溶有限固溶機(jī)械混合物完全不固溶結(jié)晶溫度區(qū)間越大，裂紋傾向越大。（3）組織形態(tài)的影響晶粒越粗大，柱狀晶的方向越明顯，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向就越大。1)加入細(xì)化晶粒合金元素破壞液態(tài)薄膜的連續(xù)性打亂柱狀晶的方向2)少量δ相存在：可以細(xì)化晶粒；打亂奧氏體粗大柱狀晶方向性δ相比γ相溶解更多S、P。焊接18-8型不銹鋼時(shí)，希望得到γ+δ雙相焊縫組織。a)單相γb)γ+δ3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素易熔相的影響晶間液膜是引起凝固裂紋的根本原因，與晶間易熔物質(zhì)數(shù)量有關(guān)。當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)共晶的數(shù)量較少時(shí)，隨低熔點(diǎn)共晶數(shù)量的增加，裂紋傾向增大；當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)共晶的數(shù)量超過(guò)一定值后，對(duì)裂紋反而起到“愈合”的作用。在鋁合金焊接時(shí)常常利用這一原理。3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素（4）力學(xué)因素的影響是結(jié)晶裂紋形成的必要條件。在結(jié)晶末期必須存在拉應(yīng)力才能產(chǎn)生裂紋σGσ0σ1σ2金屬?gòu)?qiáng)度隨溫度的變化和拉伸應(yīng)力關(guān)系

3.影響結(jié)晶裂紋形成的影響因素冶金因素方面（1）控制焊縫金屬的成分控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量采用堿性焊條或焊劑，可以有效地控制有害雜質(zhì)。（2）改善焊縫的結(jié)晶形態(tài)改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒是提高抗裂性的重要途徑1）向焊縫中加入細(xì)化晶粒元素。2）得到δ+γ的雙相組織(δ相控制在5％左右)，這也是改善凝固結(jié)晶的重要方面。3）結(jié)晶裂紋傾向較大的材料，為了防止結(jié)晶裂紋，特意增多焊縫中易熔共晶的數(shù)量，使之具有“愈合”裂紋的作用。但這種方法會(huì)帶來(lái)其他不利影響(降低接頭性能)，故應(yīng)適當(dāng)控制。（一）焊縫中的結(jié)晶裂紋

4.防止結(jié)晶裂紋的措施工藝因素方面（3）調(diào)整焊接工藝1）限制熔池過(guò)熱2）控制焊縫成形系數(shù)焊縫成形系數(shù)Φ=B/H當(dāng)焊縫成形系數(shù)較小時(shí)，焊縫深而窄，易形成裂紋當(dāng)焊縫成形系數(shù)較大時(shí)，焊縫寬而淺，不易形成裂紋4.防止結(jié)晶裂紋的措施接頭形式對(duì)裂紋傾向的影響

搭接T形角接堆焊熔深較淺熔深較深接頭處應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中(錯(cuò)邊、咬肉、未焊透)，是降低裂紋傾向的有效辦法。接頭形式影響接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分布表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊縫抗裂性較高。熔深較大的對(duì)接和各種角接抗裂性較差。焊縫所承受的應(yīng)力正好垂直于雜質(zhì)聚集的結(jié)晶面上，易于引起裂紋。厚板焊接結(jié)構(gòu)，多層焊裂紋傾向比單層焊有所緩和，應(yīng)注意控制各層熔深。3）調(diào)整冷卻速度：采用預(yù)熱的方式不可取4）降低接頭的剛度和拘束度調(diào)整焊接次序，盡量使焊縫能在較小剛度的條件下焊接，使焊縫的受力較小。放射交叉式的焊接次序能分散應(yīng)力，如：鍋爐管板與管束焊接。對(duì)稱施焊，分散應(yīng)力，減小裂紋傾向。工字梁厚板多層焊容器環(huán)縫444.防止結(jié)晶裂紋的措施形成的溫度：稍低于固相線形成的部位：熱影響區(qū)，多層焊間形成的材料：主要產(chǎn)生于高鎳低錳的低合金鋼中沿晶開(kāi)裂裂紋尺寸小（二）液化裂紋

1.液化裂紋的特點(diǎn)形成機(jī)理：焊接時(shí)近縫區(qū)金屬或焊縫層間金屬，在高溫下，A晶界上低熔共晶被重新熔化，在拉伸應(yīng)力作用下沿A晶間開(kāi)裂。液化裂紋也是由冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。冶金因素：由于低熔點(diǎn)的物質(zhì)存在晶界，高溫時(shí)在熱影響區(qū)處，低熔點(diǎn)的物質(zhì)熔化，抗力能力下降。力的因素：產(chǎn)生拉應(yīng)力液化裂紋同樣產(chǎn)生于脆性溫度區(qū)。（二）液化裂紋

2.液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理1-未熔合區(qū)2-部分熔化3-粗晶區(qū)121-沿熔合線2-垂直熔合線(1)裂紋起源于熔合線或結(jié)晶裂紋在熔合線附近1、2區(qū)，由于熔化，母材中硫、磷、硅等低熔相元素重新分布，富集到未混合熔化區(qū)中結(jié)晶晶界上。裂紋產(chǎn)生后可以沿HAZ晶間低熔相擴(kuò)展，成為近縫區(qū)液化裂紋。(2)裂紋起源于粗晶區(qū)HAZ粗晶區(qū)發(fā)生嚴(yán)重晶粒長(zhǎng)大，雜質(zhì)都富集到少量的晶界上，并且成為晶間液體，在相間張力和冷卻收縮應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生液化裂紋。(3)裂紋的擴(kuò)展平行熔合線,較長(zhǎng)近縫區(qū)縱向裂紋；垂直熔合線,較短近縫區(qū)橫向裂紋。冶金因素——化學(xué)成分的影響硼在鐵和鎳中的溶解度小，微量硼就能產(chǎn)生明顯的晶界偏析。與鐵、鎳形成低熔共晶，如Fe-B為1149℃、Ni-B為1140℃或990℃。鎳A形成元素，可顯著降低S、P溶解度；鎳易與許多元素形成低熔共晶，易于產(chǎn)生液化裂紋。鉻一般鋼中鉻的含量不高時(shí)，沒(méi)有不良影響。含量高時(shí)，晶界可能產(chǎn)生偏析產(chǎn)物，形成Ni-Cr共晶(熔點(diǎn)1340℃)，從而增加熱裂紋傾向。（二）液化裂紋

3.影響液化裂紋形成的影響因素

工藝因素的影響

E越大、吸入熱量多，晶界低熔相的熔化越嚴(yán)重，晶界處于液態(tài)的時(shí)間就越長(zhǎng)，液化裂紋的傾向越大。液化裂紋與熔池形狀有關(guān)，如焊縫斷面呈明顯的倒草帽形，在熔合線的凹陷處母材金屬過(guò)熱嚴(yán)重，該處易產(chǎn)生液化裂紋。（二）液化裂紋

3.影響液化裂紋形成的影響因素（1）選用對(duì)液化裂紋敏感性較低的母材（2）減小焊縫的凹度（3）采用較小的焊接熱輸入（二）液化裂紋

4.防止液化裂紋的措施含有沉淀強(qiáng)化元素的高強(qiáng)鋼和高溫合金，在焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，而在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)了裂紋，這種裂紋稱為“消除應(yīng)力處理裂紋”，簡(jiǎn)稱SR裂紋。焊接結(jié)構(gòu)在一定溫度條件下工作，即使在焊后消除應(yīng)力處理過(guò)程中不產(chǎn)生裂紋，而在500~600℃長(zhǎng)期工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生裂紋。工程上常把上述兩種情況下產(chǎn)生的裂紋(消除應(yīng)力過(guò)程和服役過(guò)程)，統(tǒng)稱為“再熱裂紋”。1.消除應(yīng)力裂紋的特點(diǎn)2.消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生機(jī)理3.影響消除應(yīng)力裂紋的因素4.防止消除應(yīng)力裂紋的措施四、消除應(yīng)力裂紋含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬材料才具有產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性碳素鋼和固溶強(qiáng)化的金屬材料，一般都不產(chǎn)生再熱裂紋。產(chǎn)生再熱裂紋存在一個(gè)最敏感的溫度區(qū)間這個(gè)區(qū)間與再熱溫度及再熱時(shí)間有關(guān)。

A不銹鋼和一些高溫合金約在700~900℃之間，對(duì)于沉淀強(qiáng)化的低合金鋼約在500~700℃之間，隨材料的不同而變化。再熱裂紋是HAZ粗晶部位并呈晶間開(kāi)裂裂紋的走向是沿熔合線母材側(cè)的A粗晶晶界擴(kuò)展，遇細(xì)晶就停止擴(kuò)展。殘余應(yīng)力與應(yīng)力集中二者必須同時(shí)存在，否則不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。應(yīng)力集中系數(shù)K越大，產(chǎn)生再熱裂紋所需σcr越小。1.消除應(yīng)力裂紋的特點(diǎn)（1）晶內(nèi)二次強(qiáng)化作用（2）晶界雜質(zhì)析集弱化作用在消除應(yīng)力過(guò)程中，由于焊接應(yīng)力松弛時(shí)的附加變形集中于晶界，而導(dǎo)致沿晶開(kāi)裂。因此，這種裂紋具有晶間開(kāi)裂的特征，并且都發(fā)生在有嚴(yán)重應(yīng)力集中的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。2.消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生機(jī)理影響再熱裂紋的主要因素是鋼種的化學(xué)成分(直接影響粗晶區(qū)的塑性)和焊接區(qū)的殘余應(yīng)力(特別是應(yīng)力集中部位)。

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P耐熱鋼，鋼中含Mo量越多，Cr的影響越大。但當(dāng)達(dá)到一定含量時(shí)(如Mo=1％，Cr=0.5％時(shí))，隨Cr增多，SR裂紋率反而下降。在此鋼中含有V時(shí)，SR裂紋率顯著增加。隨鋼中含釩量增多，碳的影響增大。（2）鋼的晶粒度對(duì)再熱裂紋影響是明顯的

高強(qiáng)鋼的晶粒度越大，則晶界開(kāi)裂所需的應(yīng)力越小，也就越容易產(chǎn)生再熱裂紋。另外，鋼中的雜質(zhì)(Sb)越多，也會(huì)降低晶界開(kāi)裂所需的應(yīng)力。（3）焊接接頭不同部位和缺口效應(yīng)的影響（4）焊接材料的影響3.影響消除應(yīng)力裂紋的因素工藝因素（5）焊接方法的影響根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀、板厚及使用上的要求不同，采用的焊接方法不同。這些焊接方法在正常情況下的焊接線能量不同，大的焊接線能量會(huì)使過(guò)熱區(qū)的晶粒粗大，其中電渣焊最為嚴(yán)重。因此，對(duì)于一些晶粗長(zhǎng)大敏感的鋼種，埋弧焊時(shí)再熱裂紋的敏感性比手工電弧焊時(shí)為大。但對(duì)一些淬硬傾向較大的鋼種，手弧焊反而比埋弧焊時(shí)的再熱裂紋傾向大。（6）預(yù)熱及后熱的影響預(yù)熱可以有效地防止冷裂紋，但對(duì)防止再熱裂紋，必須采用更高的預(yù)熱溫度或配合后熱才能有效。但有些鋼種(如德國(guó)鋼BHW38)，即使預(yù)熱溫度再高，也難以消除再熱裂紋，必須采用其他方面的措施才能有效(如使用特制的高韌性焊條)。3.影響消除應(yīng)力裂紋的因素（1）選用對(duì)消除應(yīng)力裂紋敏感性低的母材（2）選用低強(qiáng)高塑性的焊接材料（3）控制結(jié)構(gòu)剛性與焊接殘余應(yīng)力（4）預(yù)熱與后熱（5）控制焊接熱輸入4.防止消除應(yīng)力裂紋的措施1.冷裂紋的特征2.冷裂紋的分類3.冷裂紋的形成機(jī)理和影響因素4.防止冷裂紋的措施淬硬脆化裂紋延遲裂紋五、焊接冷裂紋（1）形成的溫度：在Ms點(diǎn)以下，多形成于100℃～-100℃之間（2）形成的部位：整個(gè)焊接接頭，多形成于熱影響區(qū)中（3）形成的材料：具有淬硬傾向的材料（4）穿晶沿晶開(kāi)裂（5）斷口特征：表面具有金屬光澤（6）具有延遲開(kāi)裂的特點(diǎn)1.冷裂紋的特征焊道下裂紋這種裂紋經(jīng)常發(fā)生在淬硬傾向較大、含氫量較高的焊接熱影響區(qū)。一般情況下裂紋走向與熔合線平行，但也有垂直熔合線的。焊趾裂紋裂紋起源于母材與焊縫交界處，并有明顯應(yīng)力集中部位。裂紋的走向經(jīng)常與焊道平行，一般由焊趾表面開(kāi)始向母材的深處擴(kuò)展。根部裂紋這種裂紋是延遲裂紋中比較常見(jiàn)的一種形態(tài)，主要發(fā)生在含氫量較高、預(yù)熱溫度不足的情況下。這種裂紋與焊趾裂紋相似，起源于焊縫根部應(yīng)力集中最大的部位。根部裂紋可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)的粗晶段，也可能出現(xiàn)在焊縫金屬中，這決定于母材和焊縫的強(qiáng)韌程度，以及根部的形狀。橫向裂紋起源于熔合線，沿垂直于熔合線的方向擴(kuò)展到熱影響區(qū)與焊縫。多發(fā)生于多層焊的表層下金屬。2.冷裂紋的分類淬硬脆化裂紋淬硬傾向很大的鋼種，在拘束應(yīng)力的作用下導(dǎo)致開(kāi)裂。沒(méi)有延遲現(xiàn)象，焊后可以立即發(fā)現(xiàn)。低塑性脆化裂紋塑性較低材料，冷至低溫，由收縮力而引起的應(yīng)變超過(guò)材質(zhì)本身所具有的塑性儲(chǔ)備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生的裂紋。延遲裂紋焊后不立即出現(xiàn)，有一定孕育期，具有延遲現(xiàn)象。2.冷裂紋的分類形成冷裂紋的三個(gè)基本因素（1）H的影響：擴(kuò)散氫的含量越多，越易形成冷裂紋。如延遲裂紋（2）鋼種的淬硬傾向：越易形成淬硬組織，越易形成冷裂紋。如淬硬脆化裂紋（3）焊接接頭的拉應(yīng)力：拉應(yīng)力越大，越易形成冷裂紋。如低塑性脆化裂紋3.冷裂紋的形成機(jī)理和影響因素“氫致（助）裂紋”由于氫的擴(kuò)散和聚集而引起的延遲裂紋。H在開(kāi)裂過(guò)程中的作用a氫在焊縫金屬中的溶解與擴(kuò)散100℃~-100℃氫的作用最顯著，易與敏感組織和應(yīng)力產(chǎn)生冷裂紋b焊縫金屬結(jié)晶過(guò)程中氫的溶解與擴(kuò)散（1）H在γ相中的溶解度大，而擴(kuò)散系數(shù)?。?）H在α相中的溶解度小，而擴(kuò)散系數(shù)大在熔合區(qū)附近的HAZ中H的含量高，因此冷裂紋易形成于此3.冷裂紋的形成機(jī)理和影響因素

（1）H的影響A→MA→F、PHAZ有缺口效應(yīng)，且H濃度很高,產(chǎn)生根部裂紋或焊趾裂紋。若氫的濃度更高，使M脆化，產(chǎn)生焊道下裂紋。若HAZ轉(zhuǎn)變先于焊縫，此時(shí)氫從HAZ向焊縫擴(kuò)散，延遲裂紋就在焊縫上產(chǎn)生。氫在致裂過(guò)程中的動(dòng)態(tài)行為(1)熱源高溫作用，焊縫中溶解很多氫。(2)焊縫和母材含碳量不同，相變具有不同時(shí)性。(3)H向HAZ的熔合線附近擴(kuò)散。(4)HAZ相變，H殘留HAZ的M中，H聚集成H2，產(chǎn)生很高內(nèi)應(yīng)力。(5)當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度，便產(chǎn)生裂紋。氫與力的共同作用潛伏期的長(zhǎng)短取決于：氫的含量：擴(kuò)散氫的含量越高，潛伏期越短應(yīng)力：應(yīng)力越大，潛伏期也越短3.冷裂紋的形成機(jī)理和影響因素

（1）H的影響σσ氫的應(yīng)力擴(kuò)散理論金屬內(nèi)部的缺陷為潛在裂源，在應(yīng)力的作用下，形成了三向應(yīng)力區(qū)，誘使氫向該處擴(kuò)散、聚集。當(dāng)氫濃度達(dá)到一定程度時(shí)，一方面產(chǎn)生較大的應(yīng)力，另一方而阻礙位錯(cuò)移動(dòng)而使該處變脆。試樣受力時(shí)，氫易向三向應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散，應(yīng)力也隨之提高，當(dāng)此部位氫的濃度達(dá)到臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生啟裂和裂紋擴(kuò)展。氫又不斷向新的三