第三节 冷裂纹
焊接裂纹-冷裂纹资料PPT教学课件
2020/10/16
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二、冷裂纹的种类
延迟裂纹还可以进一步分类，常见的有以下三种。
（一）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（如咬肉处）。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，如图 5-40中A所示。
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。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。
钢中的含氢量分为两部分，即残余氢量和扩散氢量。
扩散氢对冷裂的产生和扩展起了决定性作用。
在Ms点以下扩散氢才具有致裂的作用。这一部分 扩散氢可以称为“残余扩散氢”。
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当焊缝由奥氏体转变为铁素体、珠光体等组织时， 氢的溶解度突然下降，而氢在铁素体、珠光体中 的扩散速度很快，因此氢就很快的从焊缝越过熔 和线向尚未发生分解的奥氏体影响区扩散。
由于氢在奥氏体中的扩散速度较小，不能很快把 氢扩散到距熔合线较远的母材中去，因而在熔合 线附近就形成了富氢地带。
第三节 焊接冷裂纹
一、冷裂纹的危害性及其一般特征
（一）冷裂纹的危害性 建造结构由于焊接冷裂纹而带来的危害性十分严重
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（二）冷裂纹的一般特征
高强钢焊接冷裂纹一的，也有的要推迟 很久才产生。冷裂纹的起源多发生具有缺口效应的 焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部 地带。冷裂纹的断裂行径，有时是沿晶界扩展，有 时是穿晶前进，这要由焊接接头的金相组织和应力 状态及氢的含量等而定。这一点不像热裂纹那样， 都是沿晶界开裂。
焊接冷裂纹产生原因及防止措施
焊接冷裂纹产生原因及防止措施1.原因：1.1材料的选择不当：焊接材料的化学成分不合适，或者材料含有较高的残留应力，容易导致冷裂纹的生成。
1.2焊接过程中的热输入不合适：焊接过程中产生的热量和焊接速度不合理，容易造成焊缝和母材之间的温度差异，从而导致冷裂纹的生成。
1.3焊接残余应力：焊接后，热量的收缩导致焊缝和母材之间的残余应力，这些应力容易导致冷裂纹的生成。
1.4接缝设计不合理：接缝的形状和尺寸设计不合理，例如锯齿形的接头，容易导致应力集中，增加冷裂纹的风险。
1.5焊接过程中的不合理操作：焊接过程中出现的不合理操作，例如焊接速度太快或太慢，焊接温度不稳定，都会增加冷裂纹的发生风险。
2.防止措施：2.1合理选择焊接材料：选择合适的焊接材料，确保化学成分符合要求，并且没有过高的残余应力。
2.2控制热输入：控制焊接过程中的热输入，一方面要保证足够的热能输入，使焊缝和母材温度均匀，另一方面要避免过高的热输入，以免造成过大的残余应力。
2.3使用预热和后热处理：对于容易产生冷裂纹的材料和结构，可以采用预热和后热处理的方法来减少焊接过程中的残余应力。
2.4设计合理的焊缝：在设计焊缝时，应尽量避免锯齿形的接头，可以采用圆弧形或其他形状，以减少应力集中。
2.5严格控制焊接过程参数：焊接过程中应严格控制焊接速度、焊接压力和焊接温度等参数，确保稳定和合理的焊接条件。
2.6检测和治理裂纹：焊接后应对焊缝进行严格的裂纹检测，如超声波检测、磁粉检测等，一旦发现裂纹，应及时采取治理措施，包括打磨、退火或重新焊接等。
2.7人员培训和操作规范：通过人员培训，提高焊接人员的技术水平和操作规范，减少不合理操作的发生，从而减少冷裂纹的产生。
总结起来，焊接冷裂纹的产生主要是由材料的选择不当、焊接过程中的热输入不合适、焊接残余应力、接缝设计不合理和焊接过程中的不合理操作等原因造成的。
为了防止焊接冷裂纹的产生，应选择合适的焊接材料、控制热输入、使用预热和后热处理、设计合理的焊缝、严格控制焊接过程参数、检测和治理裂纹，并加强人员培训和操作规范。
焊接中冷裂纹的成因及防止措施
焊接中冷裂纹的成因及防止措施焊接中冷裂纹的成因及防止措施近来，内业平曲中心在做角焊缝气密试验时，发现焊缝有裂纹。
为此焊接试验室对此问题进行了跟踪，分析裂纹产生原因，并提出以下解决方案。
一、现场问题角焊缝在做气密试验时，发现焊缝有漏气，经仔细检查（可用渗透探伤），发现焊缝上有微裂纹，有横向和纵向；有的地方第一次没有裂纹，过了一夜再做，又有了裂纹。
二、裂纹产生的机理1、角焊缝xx裂纹的特征焊接接头冷却到较低温度下产生的焊接裂纹统称为冷裂纹。
角焊缝上的冷裂纹一般为垂直于焊缝方向上的横向裂纹，大多具有2-3天的潜伏期，在板厚大于10mm的高强钢板角焊缝上较为多见。
2、冷裂纹的影响因素生产实践与理论研究证明：钢材的淬硬倾向、焊接接头中的氢含量及其分布、焊接接头的拘束应力状态是角焊缝出现冷裂纹的三大影响因素。
●焊缝金属的淬硬倾向焊缝金属的淬硬倾向主要取决于化学成分、焊接工艺和冷却条件等。
金属中的C、Mn元素含量高低与材料的淬硬倾向相关；在同一成分母材条件下，角接头焊缝成分受母材成分影响明显高于对接接头，角接头冷却速度相对较大也是具有较明显冷裂倾向原因。
2、焊缝金属中扩散氢含量焊缝中的扩散氢含量越高，冷裂倾向越大。
影响药芯焊丝焊缝扩散氢含量的因素主要有：焊丝种类、焊接电流、干伸长度、保护气体纯度、表面状态等加大焊接电流或减小干伸长度，都能使材料中的扩散氢含量增加；而保护气体中水分含量也会影响焊缝中扩散氢的含量；除此之外，试样的表面状态也能对氢元素的含量造成影响，如带底漆板所测得的氢值明显高出不带底漆板。
三、现场操作1、电流有的达300以上，电流太大。
2、9mm焊缝现场一般焊两道，且焊接情况如图1、图2。
3、焊前清理工作不好：●焊缝有水，现场说是用空压气吹，而不是用火烘；●焊缝氧化渣清理不好4、焊缝边缘熔合不好。
根据以上裂纹产生的机理，以上操作存在问题。
四、角焊缝冷裂纹防止措施采用药芯焊丝焊接碳当量较高的高强船板时，角焊缝具有明显的冷裂纹倾向，冬季施工时应采取严格的工艺措施，防止焊缝冷裂纹。
冷裂纹产生的原因
冷裂纹产生的原因问题一：冷裂纹的产生原因金属材料焊接产生裂纹的原因，谈谈我自己的看法1、就是焊缝组织冷却过程中收缩产生的应力超过了熔池金属的抗拉强度2、焊缝表面结晶过程中，由于析出低熔点共晶物，脆性较大，焊缝收缩过程产生裂纹预防措施： 1、坡口制备，必须严格按照WPS要求，有时候为了弥补工人的失误，把坡口间隙调整到很大，显然，这样的坡口待焊接完一层后，由于面积过大，热量散失很快，凝固速度很快，容易产生裂纹2、预热，严格按照WPS要求，温度比较低及厚板环境下，热量散失也很快，必要的预热是需要的3、焊材匹配，尽量选用同母材强度匹配的焊接材料；4、焊材烘烤，严格按照公司焊接材料管理制度要求进行烘烤，避免潮湿状态下的H致裂纹5、打磨去除表面的裂纹，不得试图用熔合的方式去除裂纹6、焊接到一定厚度时应使用锤击的方式部分消除应力，防止最终应力过大导致裂纹产生个人总结，不全面。
个人以为够用了。
问题二：产生冷裂纹的因素有哪些冷裂纹产生的原因是:(1)焊缝中的氢在结晶过程中要向热影响区扩散、聚集。
(2)如果被焊材料的淬透性较大，则焊后冷却下来时，在热影响区形成马氏体组织，其性脆而硬。
(3)焊接时的残余应力。
这三个因素(氢、淬硬组织和应力)的综合作用，就会导致冷裂纹的产生。
氢在金属里的扩散速度有快有慢，因此冷裂纹产生的时间也不同。
有的在焊后冷却过程中产生，有的甚至放置一段时间后才产生，故又称为延迟裂纹。
防止冷裂纹的措施有:(l)焊前预热和焊后缓冷。
(2)采用减少氢的工艺措施。
(3)合理选用焊接材料。
(4)采用适当的工艺参数。
(5)选用合理的装焊顺序。
(6)进行焊后热处理。
问题三：冷裂纹产生的原因是什么产生原因① 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。
② 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。
（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹）③ 存在较大的焊接拉应力问题四：简述焊接热裂纹和焊接冷裂纹的形成机理并比较它们各自的特点。
热裂纹和冷裂纹产生的原因
热裂纹和冷裂纹产生的原因一、热裂纹的特征热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。
特征：沿晶界开裂（故又称晶间裂纹），断口表面有氧化色。
（2）热裂纹产生原因：①晶间存在液态间层焊缝：存在低熔点杂质偏析 } 形成液态间层热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质②存在焊接拉应力（3）热裂纹的防止措施：①限制钢材和焊材的低熔点杂质，如S、P含量。
②控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。
③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。
④减少焊接拉应力⑤操作上填满弧坑1 / 2二、冷裂纹的形态和特征焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹，常见冷裂纹形态有三种冷裂纹形态 { 焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常平行于熔合线发展焊指裂纹：沿应力集中的焊址处形成的冷裂纹，在热影响内扩展焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹，向焊缝或热影响发展a-焊道下裂纹； b-焊趾裂纹；c-焊根裂纹特征：无分支、穿晶开裂、断口表面无氧化色。
最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-------因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。
（2）延迟裂纹的产生原因①焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。
②扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。
（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹）③存在较大的焊接拉应力（3）防止延迟裂纹的措施①选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性②减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）③避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）④降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等⑤焊后立即进行消氢处理（即加热到250℃，保温2～6左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。
冷裂纹试验(插销实验)概述
冷裂纹试验(插销实验)概述1.目的和应用范围本指南的目的是描述最常用的测试实验，用于测定在焊接过程中母材以及填充金属对氢致裂纹的敏感性。
此说明将提供各种冷裂试验的概述，以便选择实验以及结果的评估。
2.不同测试实验的概述外部加载实验: 1 Implant-Test （插销试验）2 LTP-Test3 TRC-Test （拉伸拘束裂纹试验）4 Augmented-Strain-Cracking (ASC)-Test自身拘束试验:5 Tekken-Test6 U-Groove Weld Cracking Test （U型弯曲试验）7 Lehigh-Test8 CTS(Controlled Thermal Severity)-Test9 Bead Bend Test10 Cruciform-Test11 WIC(Welding Institute of Canada)-Test WIC（加拿大焊接协会）测试12 IRC(Instrumented Restraint Cracking)-Test13 RGW-Test14 GBOP(Gapped Bead-On-Plate)-Test15 BUC-(Batelle Underbead Cracking) Test16 Circular Patch-Test17 Schnadt-Fisco-Test18 Slot-Weld-Test19 Butt-Weld-Cracking-(WI)-Test 对接焊缝开裂- （WI）20 RRC-Test （刚性拘束裂纹试验)3.解释说明为了评估氢致裂纹的焊接敏感性，大量的试验室必须的。
试验中所用的样品可以从外部加载也可以有自身拘束力的作用。
在焊缝及焊接热影响区，由于拘束阻碍了试块的应变和伸缩，同时由于微观上的相变产生残余应力，对于自身拘束的试块来说，试块的机械载荷是通过试块本身的残余应力来独自施加的。
对于外部加载的来说，在它们的残余应力也始终作用，但是，从外部施加的机械载荷被认为是试验的有效负载。
焊接人必备的知识——焊接冷裂纹的那些事！
焊接人必备的知识——焊接冷裂纹的那些事！
文章导读：
什么是冷裂纹？
是指在焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)所产生的焊接裂纹。
最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹，因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。
冷裂纹的延迟时间不定，由几秒钟到几年不等。
什么是焊接再热裂纹？
是指一些含铬、钼或钒的耐热钢、高强钢焊接后，为消除焊后残余应力，改善接头金相组织和力学性能，而进行消除应力热处理过程中产生的裂纹。
这种裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢、镍基合金等的焊接接头中，特别是热影响区的粗晶区。
最后附上焊接冷裂纹和焊接热裂纹的区别
1、产生的温度和时间不同
热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中。
冷裂纹大致发生在焊件冷却到200~300℃，有的焊后会立即出现，有的可以延至几小时到几周甚至更长时间才会出现。
所以冷裂纹又称延迟裂纹。
2、产生的部位和方向不同
热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中，有的是纵向，有的是横向，有时热裂纹也会延伸到基本金属中去。
冷裂纹大多数产生在基本金属或熔合线上，大多数为纵向裂纹，少数为横向裂纹。
3、外观特征不同
热裂纹断面都有明显的氧化色。
冷裂纹断口发亮，无氧化色。
4、金相结构不同
热裂纹都是沿晶界开裂的。
冷裂纹是贯穿晶粒内部，即穿品开裂，不过也有的是沿晶界开裂。
—End—。
焊接物理冶金 第五章 焊接裂纹
第一节 焊接裂纹的分类
1. 焊接裂纹分类 按产生裂纹的本质大体可分为五大类： （1） 热裂纹（结晶裂纹、液化裂纹、失延裂纹、 多边化裂纹） （2） 再热裂纹 （3） 冷裂纹（延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性 脆化裂纹） （4） 层状撕裂 （5） 应力腐蚀裂纹
2. 焊接裂纹的宏观形态及其分布
图5.1 焊接裂纹的宏观形态及其分布
a—纵向裂纹；b—横向裂纹；c—星形裂纹 1—焊缝中纵向裂纹；2—焊缝中横向裂纹；3—熔合区裂纹；4—焊缝根部裂纹； 5—HAZ根部裂纹；6—焊趾纵向裂纹（延迟裂纹）；7—焊趾纵向裂纹（液化、再热裂纹）； 8—焊道下裂纹（延迟裂纹、液化裂纹、多边化裂纹）；9—层状撕裂；10—弧坑裂纹
3. 焊接裂纹形成时期 （1）焊接裂纹出现在焊接过程中（如热裂纹和大 部分冷裂纹等）； （2）焊接裂纹有时出现在放置或运行过程中（如冷 裂纹中的延迟裂纹和应力腐蚀裂纹）；
（3）焊接裂纹有时出现在焊后热处理或再次受热过 程中（再热裂纹等）。
第二节 焊接热裂纹
焊接热裂纹: 结晶裂纹，液化裂纹，失延裂纹， 多边化裂纹 1. 焊接热裂纹的生成条件与特征 生成条件： （1）接头存在拉应力 （2）ε ≥δmin 裂纹特征： （1）焊缝结晶裂纹：中心线，弧坑；液化裂纹： 热影响区 （2）沿晶开裂 （3）断口表面可见晶粒形貌
图5.28 实际结构拘束度的统计
图5.29 不同坡口形式R与ζ的关系
焊接冷裂纹敏感指数
图5.30 氢致剥离裂纹形成的位置
图5.31 冷裂原因及其对策
图5.？ 层状撕裂类型
a) 焊根冷裂纹为启裂源的层状撕裂；b) 焊趾冷裂纹为启裂源的层状撕裂 c) 沿热影响区轧层夹杂物启裂的层状撕裂； d) 沿板厚中心（远离HAZ）轧层夹杂物启裂的层状撕裂
焊接冷裂纹
拘束度
焊接接头根部间隙产生单位长度的弹性位移 时，单位长度焊缝上所承受的力。
L 两端被固定 的对接接头
假定焊缝冷却结束时，根部间隙产生了单位长度 的弹性位移，则应变为：
h
1
L
焊缝对母材产 生的拉伸应力为：
E0
E0 L
单位长度母材上所承受的力与单位长度焊缝 上所承受的力相等，即拘束度R为：
I. 钢种的淬硬倾向
钢种的淬硬倾向主要决定于化学成 分，板厚、焊接工艺及冷却条件等也有 影响。钢种的淬硬倾向越大，冷裂倾向 越大。
• 脆硬的片M组织 • 淬硬会产生较多的晶格缺陷
焊接时，近缝区加热温度高，A晶 粒严重长大，在焊后快速冷却条件下， 粗大的A就转变为粗大的M。这种脆硬 的M组织易于裂纹的萌生及裂纹的扩展。
氢、组织和应力三者对冷 裂纹的影响是非常复杂的。
R / ×1000N(mm·mm)-1
20
氢
HD=4~5mL/100g
15
t8/5=8~9s
Ceq: IIW
10
应
组织
力
5
0.3
0.4
0.5
Ceq
Ceq
C
Mn 6
Cr
Mo V 5
Cu Ni 15
4.4.2 冷裂纹敏感指数
PC
Pcm
适用范围：
1) 合金元素含量 wt%
C Si Mn Cu Ni Cr Mo V Ti Nb B
0.07~
~ 0.4~
~
~
~
~
~
~
~
~
0.22 0.6 1.4 0.5 1.20 1.2 0.7 0.12 0.05 0.04 0.005
冷裂纹的概念
冷裂纹的概念冷裂纹是金属疲劳倒向裂纹的一种形式，它通常在金属构件的低温条件下发生，特别是在低温运行和使用应力下，如飞机机翼、桥梁钢梁等。
冷裂纹广泛存在于航空、航天、能源、交通和重型机械等行业中，对构件的工作性能和安全性产生重要影响。
冷裂纹的产生是由于金属在低温下受到持续应力的作用下，经历了裂纹的自发源发展和传播过程。
当材料的疲劳寿命达到一定程度时，裂纹的自发源往往在表面形成，然后通过疲劳裂纹扩展到内部。
这主要是由于金属在低温下的塑性变形性能降低，容易引起裂纹，而且金属在低温下的强度也会下降，导致裂纹更容易扩展。
冷裂纹的发生机制包括应力腐蚀开裂、氢致开裂和氢脆开裂等。
应力腐蚀开裂是由于材料在一定应力和特定腐蚀介质中发生的化学反应，导致了裂纹的形成和扩展。
氢致开裂是由于氢元素在金属中的吸收和扩散，导致金属内部产生裂纹，其主要原因是氢使材料的延展性降低，易于形成和扩展裂纹。
氢脆开裂是由于金属中吸收了大量的氢元素，在外界作用下发生迅速的内应力变化导致的裂纹形成和扩展。
冷裂纹的形成和扩展对于构件的工作性能和安全性具有重要影响。
首先，冷裂纹的存在会导致设计寿命的降低。
当裂纹扩展到一定长度时，会导致材料失效，从而造成构件的破裂和损坏。
其次，冷裂纹的存在会导致构件的强度和刚度降低，从而影响其承载能力和稳定性。
此外，冷裂纹还可能引起构件的变形和变形，对机械装置和结构的运行和使用造成不利影响。
为了预防和控制冷裂纹的产生，目前有很多方法和技术可供选择。
首先，通过优化设计和合理选择材料，可以降低金属在低温下的塑性变形和延展性降低的风险，从而减少冷裂纹的产生。
其次，通过表面处理和涂层技术，可以提高金属在低温下的抗腐蚀性能和应力腐蚀开裂的抵抗能力，减少裂纹的形成和扩展。
此外，在制造和安装过程中，严格控制应力和温度的变化，可以减少冷裂纹的产生。
总之，冷裂纹是金属在低温条件下由应力作用产生的裂纹，对构件的工作性能和安全性具有重要影响。
焊接冷裂纹成因
焊接冷裂纹成因一、引言焊接是现代工业生产中常见的加工方法之一，但其过程中可能会产生冷裂纹，造成产品质量问题。
因此，研究焊接冷裂纹成因对于提高产品质量具有重要意义。
二、焊接冷裂纹的定义及分类焊接冷裂纹是指在焊接过程中或者焊后，在低温下（通常小于室温）由于应力作用而产生的裂纹。
根据其发生位置和形态特征，可分为热影响区（HAZ）冷裂纹、熔合线（FZ）冷裂纹和母材（BM）冷裂纹等。
三、焊接冷裂纹成因1.组织变化引起的应力集中在焊接过程中，由于高温作用下金属晶粒会发生组织变化，如晶粒长大或者晶粒形态不规则等，这些变化都会导致局部应力集中。
当局部应力超过材料的强度极限时就会发生冷裂纹。
2.残余应力引起的开裂在焊接完成后，由于热胀冷缩和相邻材料的热膨胀系数不同，会产生残余应力。
当残余应力达到一定程度时，就会导致冷裂纹的形成。
3.热输入过大或者焊接速度过慢在焊接过程中，如果热输入过大或者焊接速度过慢，就会造成局部过热和冷却不均匀的现象，从而引起冷裂纹。
四、预防焊接冷裂纹的措施1.选择合适的焊接工艺和参数针对不同材料和结构形式，选择合适的焊接工艺和参数是预防冷裂纹的关键。
例如，在高强度钢板的焊接中要采用低温热输入、高速焊接等措施。
2.控制残余应力在焊接完成后采取措施消除或者降低残余应力是预防冷裂纹的有效方法。
例如，在大型构件的制造中可以采用局部加热、后续退火等手段来消除残余应力。
3.增加预热温度和时间增加预热温度和时间可以减少组织变化引起的应力集中，并提高材料的韧性，从而预防冷裂纹的发生。
五、结论焊接冷裂纹的成因是多方面的，需要综合考虑材料、结构和焊接工艺等因素。
预防冷裂纹需要采取相应的措施，如选择合适的焊接工艺和参数、控制残余应力、增加预热温度和时间等。
只有在生产实践中不断总结经验并加以应用，才能有效地预防焊接冷裂纹的产生。
rz补充内容焊接缺陷热冷裂纹
结晶裂纹的形成机理（2）
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）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”。
1 钢的淬硬倾向 淬硬倾向越大越易产生裂纹，原因在于：
（1）形成脆硬的马氏体组织
尤其是热影响区的过热区，冷速快时易形成粗大M体，硬而 脆，裂纹一旦形成，极易扩展。
各种组织对裂纹的敏感性由弱到强的排列顺序为：F或 P→BL（下贝氏体）→ML（低碳M体）→BH（上贝氏体）→Bg （粒贝氏体）→Mr（高碳挛晶M体）。
表 5—5 氢在不同组织中的扩散系数(C=0.54％) 铁素体、珠光体 索氏体
托氏体
马氏体
奥氏体
D(cm2／s)
4.0×10-7
3.5×10—7 3.2×10—7 2.5×10—7 2.1×10—12
表面饱和浓度(mL/100g)
40
32
26
24
—
冷裂纹的两种学说（1）
（1）马氏体致裂学说：
对淬硬倾向较大的钢焊接出现的冷裂纹是由于M体组织硬 脆造成的，而且片状M体（挛晶M体）的淬火钢中更容易出 现显微裂纹。这是由于硬脆M体形成时以极大的速度彼此撞 击而成。在这些裂纹空间极易集聚氢，使裂纹扩展。所以M 体相变是冷裂纹的主导因素，氢的作用是辅助的。
根据Pc、Pw可确定避免冷裂纹所需的预热温度：
焊接裂纹分析
Creq Cr Mo 1.5Si 0.5Nb%
（A＋δ）双相不锈钢焊缝（4） 以Nieq做纵坐标，Creq做横坐标，绘出舍夫勒图 （Saeffler）。从图上可得知δ相大致的含量。
2 力学因素对产生结晶裂纹的影响（1）
力是产生裂纹的必要条件之一。焊 接时脆性温度区内金属的塑性ε只要大于 脆性温度区内金属所承受的拉伸应变 pmin即可产生裂纹。
1） 硫、磷：S、P可扩大Fe的结晶区间（图5－21），并能与 Fe形成多种低熔点共晶。
合金因素对产生结晶裂纹的影响（3）
某种元素在钢中的偏析度K
K [x]界 [x]轴 * 或用K′表示
[ x ]0
K和K′值越大偏析越严重。
K' [x]界 [ x]轴
S和P是钢中极易偏析的元素（表5－3），即使存在微量也 会产生热裂纹，对产生裂纹倾向很大。
δ相一般控制在5％为佳。δ相多少可用金相法和磁性法测 定，过多的δ相降低焊缝的耐蚀性。
（A＋δ）双相不锈钢焊缝（3）
Cr是铁素体形成元素，Ni是扩大A体元素，控制A体不锈 钢中Cr、Ni含量可调整焊缝中δ相比例。考虑到其它元素的影 响，引入“镍当量Nieq”
Nieq Ni 30C 0.5Mn%
热裂纹（2） 热裂纹一般沿晶界开裂，裂纹周围有氧化色。
热裂纹（3） 热裂纹有与液膜有关的裂纹和与液膜无关的裂纹两大类。
热裂纹（4）
根据开裂时的温度区间和开裂原因，热裂纹又可分为： （1）结晶裂纹（凝固裂纹）
在固相线附近，已凝固的金属收 缩，残余液态金属不足以填充这个空 间，在应力作用下发生沿晶开裂（图5 －5）。裂纹的横断面上有氧化色。
*抗裂性
在整个结晶过程中，从液到固可分 为三个阶段：
冷裂纹的特征
冷裂纹的特征
冷裂纹是一种常见的金属材料缺陷，其特征主要表现在以下几个方面：
1. 外观特征：冷裂纹通常呈现为细小的裂纹，呈线性或弧形分布。
其形态和尺寸取决于裂纹的形成方式和材料的特性。
2. 分布位置：冷裂纹一般分布在材料表面或近表面区域，很少出现在材料的深层位置。
这是因为材料表面和近表面区域存在较大的应力集中，容易引起裂纹形成。
3. 形成原因：冷裂纹的形成原因主要有材料的疲劳、腐蚀、焊接和加工等因素。
其中，疲劳和腐蚀是常见的冷裂纹形成机制，焊接和加工也容易引起裂纹形成。
4. 影响因素：影响冷裂纹形成的因素很多，其中包括材料的力学性能、化学成分、热处理状态等因素。
此外，使用环境和工艺条件等也会对冷裂纹的形成和扩展产生影响。
总之，冷裂纹是一种常见的金属材料缺陷，其特征主要表现在外观、分布位置、形成原因和影响因素等方面。
了解冷裂纹的特征对于保证材料的质量和安全具有重要意义。
- 1 -。
冷裂纹的处理方法
冷裂纹是在金属材料冷却过程中产生的裂纹，通常由于内部应力或合金元素的不均匀分布引起。
处理冷裂纹的方法取决于裂纹的具体情况和金属材料的类型。
以下是一些可能的处理方法：
1.预防措施：
–采取预防措施是最有效的方法。
在生产和加工过程中，应注意避免过快的冷却速度、适当的温度控制以及合适的热处理，以减轻内部应力，
降低裂纹的形成风险。
2.热处理：
–对于一些金属材料，特别是合金，进行适当的热处理可能有助于消除内部应力，减少裂纹的发生。
淬火、时效等热处理方法可以调整材料
的结构和性能。
3.应力退火：
–对于已经出现冷裂纹的金属材料，进行应力退火可能有助于减轻内部应力，减缓或停止裂纹的扩展。
4.热切割：
–在进行切割等工艺时，使用热切割而不是冷切割可能有助于减少裂纹的产生。
热切割可以通过加热刀具来降低切割过程中的内部应力。
5.选择合适的材料：
–在特定应用中，选择合适的金属材料也是减少冷裂纹的关键。
了解材料的热处理特性、冷却过程对材料的影响等信息是很重要的。
6.检测和修复：
–使用非破坏性检测技术，如超声波检测、X射线检测等，可以帮助发现潜在的冷裂纹。
一旦发现裂纹，可以考虑采用适当的修复方法，如
焊接、热处理等。
7.提高工艺控制：
–提高制造和加工工艺的控制水平，确保在生产中严格控制温度、冷却速度、合金元素分布等因素，有助于减少冷裂纹的发生。
对于具体的应用和材料，最佳的处理方法可能会有所不同。
在实际操作中，建议根据具体情况采用综合性的方法，同时根据需要咨询专业工程师或冶金专家的意见。
冷裂纹的特征
冷裂纹的特征冷裂纹是指在金属材料表面或内部，由于长时间受到应力的作用而引起的裂纹。
机械工程领域中，冷裂纹的存在往往会引起许多安全隐患。
因此，了解冷裂纹的特征对于预防事故的发生具有重要意义。
接下来，本文将分步骤阐述冷裂纹的特征。
1. 形状冷裂纹的形状一般呈现为紧密的裂缝，因其是由于材料内部的应力产生而引起的，裂缝形状通常直线或几何形状。
需要注意的是，冷裂纹一般只能在金属表面上的可见裂缝和晶界上被直接发现。
2. 方向冷裂纹的方向与其形状密切相关。
在多数情况下，冷裂纹会沿着主应力方向生长。
由于多种因素的影响，其中包括材料组织、载荷类型和使用环境等，冷裂纹的方向并不是唯一的。
因此，当发现冷裂纹时，应该尽量将其方向延伸，以便更好地评估其危害程度。
3. 大小冷裂纹的大小与其形状和方向密切相关。
在多数情况下，冷裂纹的长度和深度相当，通常较小。
但是，在一些情况下，如材料极限负载、温度梯度和应力集中等情况下，冷裂纹可能表现出非常大的尺寸，进一步增加了对材料性质的威胁。
4. 形成机理冷裂纹的形成机理主要是由于材料内部的应力，包括铸造过程中的冷却过程、焊接、热处理以及材料内部的组织不均匀等多种原因。
由于这些应力很难被及时发现，因此冷裂纹的形成过程往往无法被立即监测到。
5. 预防措施为了防止冷裂纹的形成，需要采取一些预防措施。
这些措施包括严格控制材料的组织和结构、规范化的工艺流程、合理的加工和制造工艺，并且需要对材料进行定期检测和维护。
总之，冷裂纹的存在对于材料的性能和工程安全都会产生极大的影响，因此对其特征的认识是非常重要的。
只有掌握了冷裂纹的特征，才能更好地预防事故的发生，促进机械工程领域的可持续发展。
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由于微裂纹的形成与
裂纹的扩展与 [ H ]R的
扩散、聚集速度有关， 所以有延迟断裂特征。 产生裂纹之前的潜伏期 的长短与裂纹区的应力 大小有关。拉应力越小， 启裂所需临界氢的浓度
应 力
σuc
潜伏期
σ/MPa
断裂曲线 裂纹扩展
裂纹发生曲线
σLC
时间 t/h
图11-65 延迟断裂时间与应力的关系
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
5
铸造冷裂纹是铸件凝固后 冷却到弹性状态时，因局部
铸造应力大于材料强度极限
而引起的开裂。这类裂纹总 是发生在冷却过程中承受较 高拉应力的部位，特别是应 力集中部位。壁厚不均匀、 形状复杂的大型铸件容易产 生冷裂纹。 铸件尖角部位的裂纹 齿轮毛坯中的铸造冷裂纹
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
计算，如平板对接接头：
接头的拘束度与拘束应力大小，可近似地用经验公式
E R L
m R
l δ F F
m 是转换系数，与钢的线胀系
数、比热容、接头坡口形式和焊
接方法等因素有关。
L
16
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
应力诱导扩散理论： 三、延迟裂纹的形成机理
裂纹尖端形成新 缺陷前沿应力增 热应力在缺陷 的三向应力区。 氢继续向新的三 大，材料脆性增 （裂纹源）前沿 向应力区扩散、 加。 形成三向应力区， 氢浓度达 聚集… 这一过程周 到临界值时，缺 诱使氢向其内扩 而复始持续进行， 陷前沿开裂、微 散、聚集使内压 直至形成宏观裂 纹。 裂纹扩展。 力增大。
强烈淬硬倾向的高（中）碳钢、高强度合金钢、
工具钢的焊件中。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 4
低塑性脆化裂纹
它是某些低塑性材料冷却到较低温度时， 由于体积收缩所引起的应变超过了材料本身所 具有的塑性储备量时所产生的裂纹。这种裂纹 通常也无延迟现象，常发生在铸铁或硬质合金 构件的成形加工中。如灰口铸铁在400℃以下 基本无塑性，焊接裂纹倾向很大。
其淬硬倾向和冷裂倾向越大。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 15
（三）接头中的拘束应力状态
由公式可见：刚性大（弹性模量 E 大或板厚
δ 大）或拘束距离 L 小的焊接结构，拘束
引起冷裂纹的直接原因，并且还会加剧氢的有害作用。 如前所述，焊接接头存在拘束应力。拉伸拘束应力是
度与拘束应力高，裂纹倾向大。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
19
防止冷裂纹的措施
选用低氢型焊材或焊接方法
冷裂纹的影响因素
减少[ H ]R含量
焊前严格清理焊件表面油污 焊前预热 T0 =1440Pw - 392 ℃ 紧急后热 约300℃ 并保温 降低拘束应力
合理的焊接线能量及焊接顺序
第九章 成形缺理及防止措施
21
CF62钢球罐使用过程中在焊缝附近发现的裂纹
60×
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
22
不同焊接工艺条件下熔覆金属中的扩散氢含量 钛型焊条 : 纤维素型焊条 : 低氢型焊条 : 超低氢型焊条 : 熔化极（或钨极）氩弧焊 : 药芯焊丝气体保护焊 : 埋弧焊 : 30ml / 100g 60ml / 100g 5 - 7ml /100g 2 - 5ml /100g 2ml/100g
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
13
“应力诱导扩散”
氢在金属中有向三
向拉伸应力区扩散的趋势。在应力集中或缺口部
位常会产生氢的局部聚集，使该处最早达到氢的 临界含量。应力梯度越大，氢扩散的驱动力就越 大，亦即应力对氢的诱导扩散作用越大。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
14
（二）钢材的淬硬倾向
6
起裂部位特点： 焊接生产中经常遇到的低合金钢接头中的延迟裂纹： 是应力集中部位；存在粗大的马氏体组织；氢含量高。
3 1
3
2
2
3
图11-60 焊接冷裂纹分布形态 1－焊道下裂纹 2－焊根裂纹 3－焊趾裂纹
7
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
二、冷裂纹的影响因素
高强度钢接头产生冷裂纹的主要因素是：
6 - 10ml/100g 2 - 7 ml/100g
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
23
本章结束
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 24
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
10
焊接冷却过程中，当温度足够高时，[ H ]R 能很
快从金属内部扩散逸出，不会引起裂纹；当温度
很低时，氢的扩散将受到抑制，也不会导致开裂。 只有在一定温度范围（－100～100℃）时， [ H ]R 才会起致裂作用，这一温度范围称为延迟裂 纹的敏感温度区间。 [ H ]R在接头中的含量与焊接工艺过程有关。
淬硬倾向是钢材产生冷裂纹的又一重要因素。钢材的
淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。其原因在于淬硬倾向
大的钢材，易形成硬脆的马氏体组织和高密度的晶格缺 陷（如空位和位错等），这些晶格缺陷在应力作用下会
发生移动和聚集，当其浓度达到临界值时，就会形成裂
纹源，并进一步扩展成宏观裂纹。 钢材的碳当量反映了化学成分对硬化程度的影响，据 此可以判断钢材的冷裂倾向大小。钢材的碳当量越大，
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 11
[ H ]R 在接头中的分布状况取决于氢在接头中 的扩散行为，后者服从以下规律：
“浓度扩散”
焊接热影响区
“相变诱导扩散” 焊道下过热粗晶区 “应力诱导扩散”
多发部位。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 12
焊趾与焊根部位
可见接头中的 [ H ]R 聚集部位正是延迟裂纹的
[H] R PW Pcm 60 400000
PC Pcm
[H] 60 600
式中，Pw、Pc是冷裂纹敏感指数；[H]是熔敷金属扩散氢含 量（mL/100g）；R是拘束度（N.mm-2)；δ是工件厚度 （mm）；Pcm是钢材合金元素的碳当量。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 9
延迟裂纹（氢致裂纹）
在氢、钢材淬硬组织 和 拘束应力 共同作用下产生。
形成温度在 Ms 以下 200℃ 至 室温范围。
具有明显的延迟特征（故又称为氢致裂纹）。
裂纹的产生存在着潜伏期（几小时、几天甚至更长）、缓慢 扩展期和突然开裂三个连续过程。由于能量的释放，常可听 到较清晰的开裂声音（可用声发射仪来监测）。
（一）接头中扩散氢的含量与分布
因焊接冷却速度很快，高温下溶入液态金属中的 氢来不及逸出，以过饱和状态保留在已凝固的焊缝 中。由于 H 的尺寸很小，可以在金属晶格点阵中 自由扩散，焊后接头中尚未来得及扩散出去的氢称 为残留扩散氢 [ H ]R 。焊后 [ H ]R 在浓度差的作用 下将自发地向焊缝周围的焊接热影响区扩散。
（一） 接头中扩散氢的含量与分布 （二） 钢材的淬硬倾向 （三） 接头中的拘束应力状态
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
8
实际低合金高强钢接头中产生的冷裂纹是上述三大因素
综合作用的结果，但有时可能只是其中一个或二个因素起 主要作用，其余的起辅助作用。 三大影响因素的作用可归纳成经验公式来评价冷裂纹敏 感性。其中最常用的关系式为：
减少淬硬组织
这张照片是在哥伦比亚号返回地球的11天前拍摄（2003年2月3日）并传回的，当时以色 列总理沙龙正通过卫星与哥伦比亚号上首位进入太空的以色列宇航员拉蒙进行视频对话， 照片是通过哥伦比亚号上随机安装的一架照相机拍摄的 。照片上显示，哥伦比亚号航天飞 机的左翼上有两条清晰的裂纹。这两条裂纹应该就是导致哥伦比亚号在着陆前16分钟出现 技术问题，并且最终爆炸解体的主要原因。
越高，潜伏期（延迟时
间）就越长。
σUC－上临界应力 σLC－下临界应力
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 18
四、冷裂纹的控制
对于结构钢焊接冷裂纹的控制，总的原则是控 制冷裂纹形成的三大要素，即 降低扩散氢的含
量、改善接头组织和减小拘束应力。焊接中
常用的措施是合理选用焊接材料以及严格控制焊 接工艺，必要时采用焊前预热与后热消氢处理。
常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中。
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 3
淬硬脆化裂纹
某些淬硬倾向大的钢种，热加工后冷却到Ms 至室温时，因发生马氏体相变而脆化，在拘束应 力作用下即可产生开裂。这种裂纹又称为淬火裂 纹，其产生与氢的关系不大，基本无延迟现象， 成形加工后常立即出现。这类裂纹常出现在具有
相变诱导扩散
氢在奥氏体（γ-Fe）中的溶解度较
大，扩散系数较小；而在铁素体（α-Fe）中的溶解度较小， 熔敷金属因含碳量低于母材而先发生（A→ F+P）转变，使焊缝 扩散系数较大。因此，当金属自高温冷却发生 A→F相变 中的[ H ]R向焊接热影响区扩散。继续冷却该区金属由奥氏体向马 时，氢就会由转变后的铁素体向尚未转变的奥氏体中扩散， 氏体转变，氢便以过饱和状态残留在马氏体中。 导致氢在某些部位产生聚集。
一、冷裂纹的分类及特征 二、冷裂纹的影响因素 三、延迟裂纹的形成机理 四、冷裂纹的控制
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 1
一、冷裂纹的分类及特征
按裂纹形成原因，冷裂纹可分为以下三类：
延迟裂纹
淬硬脆化裂纹
低塑性脆化裂纹
按加工方法分类 ，可分为：
铸造冷裂纹
焊接冷裂纹
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 2