第六章 焊接裂纹
焊接裂缝
• 冷裂缝的成因
•
1.由钢材的淬硬倾向所决定的低塑性组织 在焊接热循环
作用下，钢材的热影响区，易形成马氏体等淬硬组织，致使金属
结晶颗粒加大，因而使近缝区的组织塑性大大降低，内应力大大 集中，而造成最容易出现裂缝的条件。这里要值得我们注意的是： 焊接规范、线能量、预热温度、板厚、接头形式及环境温度等都 要考虑在内。
•
2.焊缝金属中的氢含量 焊接时，焊缝金属中氢的来源是：
焊条、焊丝、焊剂及保护气体中的水分；焊接区中母材的油污、
铁锈以及大气中的水分。在焊接电弧的高温下，水分分解，进入 熔池被焊缝所吸收。在冷却过程中，由于温度及组织的变化，氢 在焊缝中的溶解度急剧变化，扩散能力也显著不同，使氢处于过 饱和状态，而使氢向周围的焊缝金属或热影响区扩散。氢气向微 观缺陷处富集，当富集到一定程度时，在一定的应力作用下，形
• ②改进焊接设计，减小拘束度，避免应力集中。
• 二、焊接接头的再热裂缝
• 再热裂缝指的是焊接结构经受一次焊接热循 环后，在再经受一次加热的过程中（如消除应力 处理或其它加热工艺以及高温的工作条件），发 生在焊接接头热影响区的粗晶区，沿原来奥氏体 晶界开裂的裂缝。
• 产生再热裂缝的原因
• 一般认为在相当于消除应力处理的温度规范内，当晶界的塑性 应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，则产生再 热裂缝。关于再裂缝的形成机理，大致有以下三点：
• 产生再热裂缝的条件与特征
• （1）再热裂缝起源于焊接热影响区的粗晶区，具有 晶界断裂的特征；受后道焊缝区热影响的前道焊缝热影 响区有时也有此类裂缝发生。裂缝大多发生在应力集中 的部位。
• （2）通常再热裂缝发生在500℃以上的再加热过 650℃以上时，敏感倾向有所减弱。
焊接裂纹分析范文
焊接裂纹分析范文焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。
然而，在焊接过程中，裂纹是一个常见的缺陷，会影响焊接接头的性能和使用寿命。
因此，对焊接裂纹进行分析和研究具有重要意义。
焊接裂纹是指焊缝或邻近区域的金属材料中出现的断裂现象。
裂纹通常分为热裂纹和冷裂纹两种类型。
热裂纹主要发生在焊接过程中由于金属的热收缩不均匀而产生的，冷裂纹则是焊接后由于加热和冷却过程中的残余应力而形成的。
焊接裂纹的形成机理复杂多样。
首先，焊接过程中产生的热应力和残余应力是裂纹形成的主要原因之一、焊接过程中，金属材料受到热输入和冷却的影响，因此会产生较大的热应力和残余应力。
如果材料的强度不足以承受这些应力，就会导致裂纹的形成。
其次，金属材料的化学成分和物理性质也会对焊接裂纹的形成起到一定的影响。
例如，焊接不同材料的金属时，由于两种金属的化学成分和热膨胀系数的不同，容易产生裂纹。
另外，材料的韧性和硬度也会影响焊接裂纹的形成。
韧性较好的材料相对较难产生裂纹，而硬度较高的材料容易产生裂纹。
此外，焊接过程中的工艺参数和焊接接头的设计也会影响焊接裂纹的形成。
焊接时，保持合适的焊接电流和热输入，可以减少热应力和残余应力，从而减少裂纹的产生。
同时，在焊接接头的设计过程中，要考虑到应力集中区域的减少，避免出现应力集中点，从而减少裂纹形成的可能性。
对焊接接头进行裂纹分析的方法有很多种。
常见的方法包括焊接裂纹观察、金相显微镜观察和断口分析。
焊接裂纹观察通常使用裂纹检测方法，如荧光检测和超声波检测等，通过观察和记录裂纹的形态和参数来进行分析。
金相显微镜观察是通过对焊接接头的显微组织进行观察，来判断是否存在裂纹。
断口分析则是通过对焊接接头的断口进行观察和分析，来判断其是否存在裂纹和裂纹的形成原因。
根据裂纹分析的结果，可以采取相应的措施来防止和修复焊接裂纹。
例如，可以通过改变焊接工艺参数来减少热应力和残余应力的作用，从而降低裂纹的风险。
另外，可以采用预热和后热处理等方法来改善焊接接头的性能，并减少裂纹的产生。
焊接裂纹
焊接裂纹随着钢铁、石油化工、舰船和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向于向大型化、大容量和高参数方向发展，有的还在低温、腐蚀等环境下工作。
因此，各种低合金高强钢、高合金钢、合金材料的应用越来越广泛。
但是，随着这些钢种和合金材料的应用，在焊接生产中带来了许多新的问题，其中经常遇到的一种最严重的缺陷就是焊接裂纹。
焊接裂纹是接头中局部区域的金属原子结合遭到破坏而形成的缝隙，缺口尖锐、长宽比大，在结构工作过程中会扩大，甚至会使结构突然断裂，特别是脆性材料，所以裂纹是焊接接头中最危险的缺陷。
5.1 焊接接头中裂纹的分布焊接生产中，由于钢材和结构类型不同，裂纹的分布是多种多样的，见图5-1。
各种不同类型的裂纹：①焊缝中纵向裂纹；②焊缝上横向裂纹；③热影响区纵向裂纹；④热影响区横向裂纹；⑤火口（弧坑）裂纹；⑥焊道下裂纹；⑦焊缝内部晶间裂纹；⑧焊趾裂纹；⑨热影响区焊缝贯穿裂纹⑩焊缝根部裂纹5.2 裂纹的分类5.2.1 按裂纹分布的走向分①横向裂纹；②纵向裂纹；③星形（弧形裂纹）。
5.2.2 按裂纹发生部位分①焊缝金属中裂纹；②热影响区中裂纹；③焊缝热影响区贯穿裂纹。
5.2.3 按产生本质分类①热裂纹；②冷裂纹；③再热裂纹；④层状撕裂；⑤应力腐蚀裂纹。
（1）热裂纹（高温裂纹）产生：焊接接头的冷却过程中，且温度处在固相线附近的高温阶段产生。
存在部位：焊缝为主，热影响区特征：宏观看，焊缝热裂纹沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽；微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质。
分类：①结晶裂纹②高温液化裂纹③多边化裂纹（2）再热裂纹（消除应力处理裂纹）原件结构焊后消除应力热处理中，在热影响区的粗晶部位产生裂纹，材质低合金高强钢，珠光体耐热钢、奥氏体、不锈钢、Ni基合金。
由于重新加热（热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。
（3）冷裂纹产生温度：较低温度，在M S点以下的低温产生的存在部位：多发生在热影响区，但也有发生在焊缝。
焊接裂纹产生原因及防治
焊接裂纹产生原因及防治背景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缝偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。
这种裂纹是在焊缝结晶过程中,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:在冶金因素方面,适当调整焊缝金属成分,缩短脆性温度区的范围控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量;细化焊缝金属一次晶粒,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。
焊接冷裂纹
焊接冷裂纹1.1焊接裂纹的简介焊接裂纹是指金属在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区金属原子结合力遭到破坏所产生的缝隙。
在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同，可能出现各种裂纹，焊接裂纹产生的条件和原因各有不同。
有些裂纹在焊后立即产生，有些在焊后延续一段时间才发生，有的在一定外界条件诱发下才产生；裂纹既出现在焊缝和热影响区表面，也产生在其内部。
焊接裂纹对焊接结构的危害有：①减少了焊接接头的工作截面，因而降低了焊接结构的承载能力②构成了严重的应力集中。
裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的切口应力集中，既降低结构的疲劳强度，又容易引发结构的脆性破坏。
③造成泄漏。
由于盛装或输送有毒且可燃的气体或液体的各种焊接储罐和管道，若有穿透性裂纹，必然发生泄漏。
④表面裂纹能藏污纳垢，容易造成或加速结构的腐蚀。
⑤留下隐患，使结构变得不可靠。
由于延迟裂纹产生具有不定期性，微裂纹和内部裂纹易于漏检，这些都增加了焊接结构在使用中的潜在危险。
焊接裂纹是焊接结构最严重的工艺缺陷，直接影响产品质量，甚至引起突发事故，例如，焊接桥梁坍塌，大型海轮断裂，各种类型压力容器爆炸等恶性事故。
随着现代钢铁、石油化工、船舶和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数方向发展，有的在低温、深冷或腐蚀介质下工作，都广泛采用各种低合金高强钢材料，而这些金属材料通常对裂纹十分敏感。
因此，从焊接裂纹的微观形态、起源与扩展及影响因素等进行深入分析，对防止焊接裂纹和保证工程结构的质量稳定性是十分重要的。
1.2焊接裂纹分类焊接裂纹按产生的机理可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹等。
(1)热裂纹焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹，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，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也不同。
一般把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三类。
焊接裂纹成因分析及其防治措施
焊接裂纹成因分析及其防治措施1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝，它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。
按产生时的温度和时间的不同，裂纹可分为：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。
在焊接生产中，裂纹产生的部位有很多。
有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现；有的产生在焊缝上；有的则产生在热影响区内。
值得注意的是，裂纹有时在焊接过程中产生，有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现，后一种称为延迟裂纹，这种裂纹的危害性更为严重。
常见裂纹的发生部位与型态如下图所示。
常见裂纹的发生部位与型态2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害最大的缺陷，除了降低焊接接头的承载能力，还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中，促使裂缝扩展，最终会导致焊接结构的破坏，使产品报废，甚至会引起严重的事故。
通常，在焊接接头中，裂缝是一种不允许存在的缺陷。
一旦发现即应彻底清除，进行返修焊接。
3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同，下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下（从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度）如下图所示所产生的裂纹，又称高温裂缝或结晶裂缝。
热裂缝通常在焊缝内产生，有时也可能出现在热影响区，如图所示。
原因：由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。
此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，则在加热温度超过其熔点的热影响区，这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。
总之，热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
防治措施：防止产生热裂缝的措施，可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。
焊接裂纹的形成机理与预防措施
焊接裂纹的形成机理与预防措施1、产生焊接冷裂纹的原因焊接冷裂纹在焊后较低的温度下形成。
由于这种裂纹形成与氢有关，且有延迟开裂的特点，因此又称之为焊接氢致裂纹或者延迟裂纹。
产生焊接冷裂纹的三个必要条件：〔1〕氢。
氢的主要来源是焊材中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等。
这些水、铁锈或者有机物经焊接电弧的高温热作用分解成氢原子而进入焊接熔池中。
在焊接过程中氢除向大气中扩散外，余下的在焊缝中呈过饱和状态，即在焊缝中存在着扩散氢。
根据氢脆理论，这种扩散氢将向应变集中区〔如微裂纹或者缺口尖端附近〕扩散，当该区的氢浓度到达某一临界值时，裂纹便继续扩展。
〔2〕应力。
依据目前国及国际的施工水平，在球罐的组装过程中总会存在或者多或者少的强力组对，所以在组装完成后便存在着应力，这种应力在焊后整体热处理完成后也不可能彻底消除。
再加之球罐焊接是一个局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变的循环，因此球罐焊接后必然存在剩余应力。
〔3〕组织。
焊接热影响区组织中过硬的马氏体含量越多越容易产生冷裂纹。
3、防止产生焊接冷裂纹的措施〔1〕尽量选用对冷裂纹不敏感的材料选用在质量好的母材。
即选用碳当量低的优质钢材，特别是防止母材大型夹渣。
所以在球壳板创造前必须对板材进展严格的超声波检查，对有严重夹层等缺陷的钢材不得使用。
〔2〕尽量减少氢的来源。
第一，球罐的焊接选用低氢型焊条，必要时要采用超低氢型的焊条；第二，焊条使用前一定要按产品使用说明发展烘干，并贮存在100～150℃的恒温箱中，在使用时放入保温筒并随用随取，在保温筒存放时间不得超过4h，否那末要按原烘干温度重新烘干，重复烘干不得超过两次；第三，要彻底去除焊接坡口外表及坡口两侧20mm围的油污、水分，、铁锈及其他杂物；第四，不在雨雪天及空气相对湿度大于90%时施焊；第五，采取有效的防风措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔离保护。
〔3〕选用适当的焊前预热温度和预热围。
【精品】焊接裂纹分析
焊接裂纹随着钢铁、石油化、,舰船和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数的方向发展，有的还在低、深冷、腐蚀介质等环境下工作.因此,各种低合金高强钢,中、高合金钢，超高强钢，以及各种合金材料的应用日益广泛.但是随着这些钢种和合金材料的应用,在焊接生产上带来了许多新的的问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接裂纹。
一、焊接裂纹的危害性焊接裂纹不仅给生产带来许多困难,而且可能带来灾难性的事帮。
据统计，世界上焊接结构所出现各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上的问题之外，绝大多数是由裂纹而引起的脆性破坏。
因此，裂纹是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。
压力容器的破坏事帮常常造成巨大的损失。
焊接结构中裂纹问题危害甚大，已造成世界各国所关注的课题。
二、焊接裂纹分类及其一般特征在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同,可能出现各种裂纹。
裂纹的形态和分布特别征都是很复杂的，有焊缝的表面裂纹、内部裂纹,有热影响区的横向、纵向裂纹，有焊缝和焊道下的深埋裂纹、也有在弧坑处出现的所谓弧坑（火口）裂纹。
值得注意的是，裂纹有时出现在焊接过程中，也有时出现在放置或运行过程中，也就是所谓的延迟裂纹。
因为这种裂纹在生产中无法检测，所以这种裂纹的危害性就更为严重。
总而言之，焊接生产中所遇到的裂纹有多种多样，按产生裂纹的本质来分，林体上可分为五大类。
1、热裂纹（HotCracking）热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹。
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有不同.因此，又把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。
a:结晶裂纹焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂,故称结晶裂纹.多数情况下，在发生裂纹的焊缝断面上，可以看到有氧化的彩色,说明这种裂纹是在高温下产生的。
焊接裂纹及防治措施
1 焊接裂纹及防治措施焊接裂纹是焊接构件施工过程中最为严重的缺陷，轻则返修，重则构件报废。
焊接裂纹有焊缝或熔合线或热影响区裂纹，有表面或内部贯穿裂纹，有弧坑或焊址或焊缝根部裂纹，有层状撕裂等。
以焊缝冷却结晶时出现的时间阶段分，有热裂纹和冷裂纹或延迟裂纹。
（1）热裂纹的成因影响热裂纹形成的因素有：焊缝在冷却结晶过程中，由于快速冷却凝固收缩，晶粒截面间的液态金属补充不足，致使液态薄层开裂；母材热影响区和多层焊的根部焊缝易产生低熔点共晶物的熔解（即硫偏析），产生裂纹。
（2）冷裂纹的成因影响冷裂纹形成的因素有：焊接接头中金相组织的硬度、脆性较高；焊接接头中焊缝扩散氢的含量较高；焊接接头的拘束应力较大。
（3）焊接裂纹的防止措施1）控制焊材的化学成分由于钢材化学成分已经选定，因此焊材选配时应选硫、磷含量低、锰含量高的焊材。
使焊缝金属中的硫磷偏析减少，改善部分晶体形状，提高抗热裂性能。
2）控制焊接工艺参数、条件控制焊接电流与速度，使每一焊道的焊缝成形系数达到1、1～1、2，减少在焊缝中心形成硫磷偏析，提高抗裂性能。
避免采用小角度、窄间隙的焊缝坡口，致使焊缝成形系数过小。
加强焊前预热，降低焊缝在冷却结晶过程中的冷却速度。
采用合理的焊接顺序，使大多数焊缝在较小的拘束度下焊接，减少焊缝收缩拉力。
3）提高根部焊缝质量焊缝根部焊接是厚板焊接的起始点；是保证焊缝质量的根基；亦是产生裂纹的敏感区，因此焊缝根部的焊接措施必须慎之由慎。
加强焊缝坡口的清洁工作，清除一切有害物质；加强焊前预热温度的控制；焊前对坡口根部进行烘烤，去除一切水分、潮气，降低焊缝中氢含量。
使用小直径手工焊条打底，确保根部焊透；控制焊层厚度，适当提高焊道成形系数；控制焊接速度，适当增加焊接热输入量。
控制熔合比：在确保焊透的前提下，控制母材熔化金属在焊缝金属中的比例，减少母材中有害物质对焊缝性能的影响。
根部焊材可选用低配：根据根部焊缝的施焊条件与要求，在保证焊缝力学性能的条件下，根部焊缝的焊材可选用韧性好，强度稍低的焊材施焊，以增加其抗裂性。
焊缝开裂原因
钢结构焊接裂纹的原因及预防措施(一)热裂纹热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。
其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。
此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。
总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。
针对其产生原因，其预防措施如下：(1)限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.04 5% ，磷的含量不应大于0.055% ;另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10% 以下时，热裂纹敏感性可大大降低。
(2)调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝品粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共品的有害影响。
(3)采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。
(4)适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹。
(5)采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。
(二) 冷裂纹冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300—200℃以下)产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。
其形成的基本条件有3个：焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。
其预防措施主要有：(1)选择合理的焊接规范和线能，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。
钢结构焊接裂纹的原因及防治措施
钢结构焊接裂纹的原因及防治措施本文基于焊接产生裂纹的理论知识,通过实践经验，对钢结构裂纹产生的内外在原因进行了深入分析。
焊接裂纹是钢结构在制造过程出现的危害最严重的缺陷,我司主要承担为安阳钢铁备件制造、安装及系统检测、修理,在钢结构的制造过程当中,有时焊缝会出现焊接裂纹,给工程施工带来一定的影响,具体表现在:裂纹能引起严重的应力集中,降低焊接接头的承载能力,任其发展的话最终会导致焊接结构的破坏,降低工程质量,缩短结构寿命,严重时可能造成安全事故,间接延误工期并增加施工成本,影响公司的形象,所以说裂纹在钢结构的制造过程当中一经发现必须彻底清除,进行修补,确保产品质量.以下对钢结构制造过程当中裂纹产生的原因及其防治措施进行分析。
1.内在原因分析及相应的预防措施一般焊接裂纹按其产生的温度和时间分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。
1.1.热裂纹热裂纹是指在焊接过程当中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时产生的裂纹,故又称为高温裂纹.其产生的原因是由于焊接熔池在结晶过程当中存在偏析现象,偏析出的物质多为低熔点共晶和杂质.它们在结晶过程当中以液态间层形式存在,凝固以后的强度也较低,当焊接应力足够大时就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹.此外如果母材的晶界上也存在低熔点共晶和杂质,则在加热温度超过其熔点的热影响区,这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层,在一定条件下,焊接应力足够大时也会被拉开形成所谓热影响区液化裂纹.总之,热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果.热裂纹特征是:多贯穿在焊缝表面,且断口被氧化成氧化色.它主要的表现形式:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹及热影响区裂纹.针对其产生的原因采取以下预防措施:a)限制钢材和焊材中的硫、磷元素的质量分数.b)改善熔池金属的一次结晶,细化晶粒提高焊缝金属的抗裂性:广泛采用的方法是向焊缝金属中加入细化晶粒的元素.c)控制焊接工艺参数,适当提高焊缝成型系数:可采用多层多道焊法,避免中心线偏析,可防止中心线裂纹。
焊接裂纹
裂纹的分类方法主要有以下几种：1. 按裂纹分布的走向横向裂纹纵向裂纹星形（弧形裂纹）2. 按裂纹发生部位焊缝金属中裂纹热影响区中裂纹焊缝热影响区贯穿裂纹3按产生本质分类热裂纹（高温裂纹）再热裂纹冷裂纹层状撕裂应力腐蚀裂纹拘束度R：在单位焊缝长度上，使焊缝间隙沿着横向产生单位弹性位移所需的力，也称为在单位焊缝长度上，使焊缝间隙沿着横向产生单位弹性位移所需的力，也称为拉伸拘束强度，其大小反映了焊缝允许变形的能力。
热裂纹的特征宏观看，焊缝热裂纹沿焊缝的轴向成纵向分布（连续），也可看到焊缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽；微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质冷裂纹的特征宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。
微观看：常常是晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂的。
3.结热（晶）裂纹、冷裂纹（延迟裂纹）的一般特征、决定要素、防控措施？答：结晶裂纹：在结晶后期，由于低熔共晶形成液态薄膜削弱了晶粒间的联接，在拉伸应力作用下发生开裂。
特点：焊缝结晶过程中，金属凝固收缩，由于残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。
基本特征：在结晶后期,由于低熔共晶形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联结,在拉伸应力的作用下发生开裂.材质：发生在含杂质较多的碳钢、低合金钢、单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。
温度区间：在固相线以上稍高的温度（固液状态）。
发生位置：焊缝决定要素：1. 冶金因素的影响①合金状态图类型和结晶温度区间结晶裂纹倾向的大小是随着合金状态图结晶温度区间的增大而增大。
随着合金含量的增加，结晶温度区间增加，同时脆性温度区间增加，结晶裂纹倾向增加。
②化学成分③凝固结晶组织形态晶粒粗大，裂纹倾向增加2.力学因素的影响防控措施：1.控制焊缝中有害杂质硫、磷的含量，限制S、P、C含量。
2.改善焊缝凝固结晶、细化晶粒是提高抗裂性的重要途径。
钢结构焊接裂纹的原因及预防措施
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焊接速度过快或过 慢，使得焊缝未能 充分熔合，容易产 生裂纹。
结构设计问题
结构设计不合理，如焊缝位置不当、焊缝数量过多等，导致焊缝受力不均，容易 产生裂纹。
构件制作过程中预留的应力没有得到有效释放，焊接过程中容易引起应力集中， 导致裂纹产生。
施工环境影响
施工环境温度过低，使得钢材 变脆，容易产生裂纹。
优化结构设计
在满足使用要求的前提下，尽量减少应力 集中部位的设计。
05
结论与展望
结论
焊接裂纹是钢结构中常见的缺陷之一，可能导致结构承载能力下降、安全性能降 低甚至发生事故。
分析了钢结构焊接裂纹的成因，主要包括材料、设计、施工和使用环境等因素。
针对不同的裂纹类型和成因，提出了相应的预防和补救措施，包括选用合适的材 料、优化结构设计、提高施工质量和加强定期检查等方面。
预热处理
在焊接前对钢材进行预热处理，降低因温差导致 的应力，减少裂纹产生的可能性。
后热处理
在焊接完成后进行后热处理，进一步消除焊接应 力，防止裂纹的产生。
04
案例分析
工程概况
项目名称
某大桥钢结构桥梁
工程背景
该大桥为城市主干道的重要组成部分，钢结构桥梁采用高强度钢 材焊接而成。
工程特点
钢结构构件多，焊接工作量大，对焊接质量要求高。
钢结构焊接裂纹的原因及预 防措施
2023-11-06
目 录
• 概述 • 钢结构焊接裂纹的原因 • 预防钢结构焊接裂纹的措施 • 案例分析 • 结论与展望
01
概述
钢结构焊接裂纹的定义
• 钢结构焊接裂纹是指在焊接过程中，由于受到材料、设计、 对钢结构的强度和稳定性产生严重影响。
焊接裂纹产生原因及防治措施
焊接裂纹产生原因及防治措施焊接裂纹是焊接过程中常见的缺陷之一，它会降低焊接接头的强度和密封性，严重影响焊接质量。
本文将从焊接裂纹产生的原因和防治措施两个方面进行探讨。
一、焊接裂纹产生的原因1. 焊接应力过大：焊接过程中，由于材料的热膨胀和收缩，会产生焊接应力。
如果应力过大，就容易引起焊接裂纹的产生。
2. 材料的选择不当：焊接材料的选择不当，例如选择了冷脆性较大的材料，容易在焊接过程中产生裂纹。
3. 焊接参数设置不合理：焊接参数的设置是影响焊接质量的关键因素之一。
如果焊接电流过大或过小，焊接速度过快或过慢，都会导致焊接裂纹的产生。
4. 焊接时的工艺操作不当：焊接操作不规范也是焊接裂纹产生的原因之一。
例如焊接时没有进行预热、焊接过程中没有使用适当的焊接顺序等。
5. 焊接材料的质量问题：如果焊接材料本身存在缺陷，例如含有太多的杂质或气孔，也容易导致焊接裂纹的产生。
二、焊接裂纹的防治措施1. 合理控制焊接应力：通过合理的焊接参数设置和焊接顺序安排，可以减小焊接应力的产生。
此外，还可以采用局部预热、焊后热处理等方法来降低焊接应力。
2. 选择合适的焊接材料：在进行焊接工艺设计时，应根据具体情况选择合适的焊接材料，避免选择冷脆性较大的材料。
此外，还要确保焊接材料的质量，避免使用存在缺陷的材料。
3. 合理设置焊接参数：在进行焊接操作时，要根据具体情况合理设置焊接参数，如焊接电流、焊接速度等。
可以通过试验和经验总结来确定最佳的焊接参数。
4. 规范焊接操作：进行焊接操作时，要严格按照焊接工艺要求进行操作，如预热、焊接顺序等。
同时，要保证焊接设备的正常运行和维护，避免因设备故障导致焊接裂纹的产生。
5. 加强焊后检测和质量控制：焊接完成后，要进行全面的焊后检测，发现裂纹及时进行修复。
同时，要加强质量控制，确保焊接质量符合要求。
焊接裂纹的产生原因较为复杂，涉及材料、焊接参数、工艺操作等多个方面。
为了防止焊接裂纹的产生，需要从多个方面进行控制和改进，提高焊接质量。
焊接裂纹产生原因及防治
焊接裂纹产生原因及防治焊接裂纹是在焊接过程中或焊接完成后在焊缝或母材中产生的开裂缺陷。
焊接裂纹的产生原因多种多样，主要包括以下几个方面：1.焊接过程中的温度应力：焊接时，因为焊接区域发生了局部加热和冷却，导致焊接接头中的温度差异，从而造成了焊接区域的应力。
如果这种应力超过了焊接材料的强度极限，就会产生裂纹。
2.冶金因素：焊接过程中，由于温度升高，焊接材料和母材之间发生相互作用，形成了互溶区。
如果溶液比较富含低熔点的物质，就会导致物质从高温区流向低温区，从而增大了焊接接头的收缩量，引起裂纹。
3.废气、含氧量过高：当焊接环境中的氧气含量过高时，焊接时会发生氧化反应，在焊接接头中产生大量的氧化物，增大了焊接接头的收缩量，从而导致了裂纹的产生。
4.焊接过程中的振动：焊接过程中的振动会使焊接接头中的晶粒发生变化，从而影响了焊接材料的性能，使其发生了裂纹。
针对焊接裂纹的防治措施主要包括以下几个方面：1.提高焊接工艺：合理选择焊接工艺参数，如焊接电流、焊接电压和焊接速度等，以控制焊接过程中的温度和应力。
2.控制焊接过程中的温度升降速度：控制焊接过程中的升温速度和冷却速度，以避免焊接接头产生过大的应力。
3.控制焊接环境：减少焊接环境中的含氧量，避免产生氧化反应和氧化物。
4.优化焊接材料：合理选择焊接材料，根据焊接接头的要求选择合适的材料，以提高焊接接头的性能。
5.加强材料的前处理：在焊接前进行必要的预处理工作，如去污、除锈、磷化等，以提高焊接接头的质量。
综上所述，焊接裂纹的产生原因多种多样，需要综合考虑多个方面的因素来进行防治。
通过合理选择焊接工艺参数、控制焊接过程中的温度和应力、控制焊接环境、优化焊接材料以及加强材料的前处理等措施，可以有效预防和防治焊接裂纹的产生，提高焊接接头的质量。
焊接裂纹形成的原因及防止措施
焊接裂纹形成的原因及防止措施焊接裂纹是在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙。
它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，易引起较高的应力集中，而且有延伸和扩展的趋势，所以，也是最危险的焊接缺陷。
裂纹常有热裂纹、冷裂纹以及再热裂纹（消除应力处理裂纹）。
一、热裂纹形成及防止常见的热裂纹有两种：结晶裂纹、液化裂纹。
结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹，是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂。
而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔，在收缩力的作用下而产生的裂纹。
结晶裂纹产生的原因：焊接时，熔池在电弧热的作用下，被加热到相当高的温度，而受热膨胀，而母材却不能自由收缩，于是高温的熔池受到一定的压力。
当熔池开始冷却时，就以半融化的母材为晶核开始处结晶。
最先结晶的是纯度较高的的合金。
最后凝固的是低熔点共晶体。
低熔点共晶物的多少取决于焊缝金属中C、S、L等元素的含量。
当含量较少时，不足以在初生晶粒间形成连续的液态膜。
焊接熔池的冷却速度极快，低熔点共晶物几乎与初析相同时完成结晶。
因此连续冷却的金属熔池虽然受到收缩应力的作用也不至于产生晶间裂纹。
当低熔点共晶体量较多时，情况就不同了，初次结晶的偏析程度较大，并在初次结晶的晶体之间形成晶间液膜，当熔池冷却收缩时，被液膜分割的晶体边界就会被拉开就形成了裂纹。
这是主要原因，另有两个其它原因：一是焊缝金属所经受的应变增加速度大于低熔点共晶物凝固的速度；另外，初生晶体的张大方向和残留低熔共晶体的相对位置的影响。
可见，关键的措施就是：1、应严格控制焊缝金属中C、S、P和其它易形成低熔点共晶体的合金成分的含量，这些元素和杂质的含量越低，焊缝金属的抗裂纹能力越大。
当焊缝中C>0.15%,S>0.04%就可能有裂纹出现，如果母材中含碳量很高，就要控制焊接材料的成分，以使混合后的碳含量降下来。
2、改变焊缝横截面的形状也就改变了焊接熔池的结晶方向，使之有利于将低熔点共晶体推向不易产生裂纹的位置。
焊接裂纹的分类
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焊接裂纹定义
焊接裂纹定义定义1：焊接后焊口的冷却过程产生的热应力超过材料强度所导致的裂纹。
定义2：在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。
定义1：1、火口开裂2、表面裂纹3、热影响区裂纹4、层状撕裂5、纵向裂纹6、根部裂纹7、根部表面裂纹8、角裂纹9、趾裂纹10、横向裂纹11、焊缝熔合线裂纹12、焊道金属裂纹定义1：定义1：定义1：裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。
焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。
焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。
按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。
热裂纹多产生于接近固相线的高温下，有沿晶界（见界面）分布的特征；但有时也能在低于固相线的温度下，沿“多边形化边界”形成。
热裂纹通常多产生于焊缝金属内，但也可能形成在焊接熔合线附近的被焊金属（母材）内。
按其形成过程的特点，又可分为下述三种情况。
结晶裂纹产生于焊缝金属结晶过程末期的“脆性温度”区间，此时晶粒间存在着薄的液相层，因而金属塑性极低，由冷却的不均匀收缩而产生的拉伸变形超过了允许值时，即沿晶界液层开裂。
消除结晶裂纹的主要冶金措施为通过调整成分，细化晶粒，严格控制形成低熔点共晶的杂质元素等，以达到提高材料在脆性温度区间的塑性；此外，从设计和工艺上尽量减少在该温度区间的内部拉伸变形。
液化裂纹主要产生于焊缝熔合线附近的母材中，有时也产生于多层焊的先施焊的焊道内。
形成原因是由于在焊接热的作用下，焊缝熔合线外侧金属内产生沿晶界的局部熔化，以及在随后冷却收缩时引起的沿晶界液化层开裂。
造成这种裂纹的情况有二：一是材料晶粒边界有较多的低熔点物质；另一种是由于迅速加热，使某些金属化合物分解而又来不及扩散，致局部晶界出现一些合金元素的富集甚至达到共晶成分。
防止这类裂纹的原则为严格控制杂质含量，合理选用焊接材料，尽量减少焊接热的作用。
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6 焊接裂纹
1
6.1 焊接裂纹分类及特征
2
船舶中部主甲板横向断裂情况
焊接裂纹的危害
图2 船舶完全断裂实例2
图1 船舶完全断裂实例1
3
一 、焊接裂纹的危害
焊接裂纹对焊接结构的危害有：
减少了焊接接头的工作截面。因而降低了焊接结构的承载能力。 造成严重应力集中。降低结构的疲劳强度，易引发结构的脆性破坏。 造成泄漏。高温高压锅炉或压力容器，盛装输送有毒、可燃气体或液体
热裂纹
600~700℃ 回火处理
含有沉淀强化元素 的高强钢,珠光体钢, 奥氏体钢,镍基合金
等
热影响区的 粗晶区
沿晶界开 裂
延迟裂纹
在淬硬组织,氢和拘束应力的共同作用下而产生的 具有延迟特性的裂纹
在Ms点以下
中,高碳钢,低中合 金钢,钛合金等
热影响区, 少量在焊缝
沿晶或穿 晶
冷 裂 纹
淬硬脆化 裂纹
主要是由淬硬组织,在焊接应力的作用下产生的裂 纹
开裂
在400℃以 下
含有杂质的低合金 高强钢厚板结构
热影响区附 穿晶或沿
Ms附近
含碳的NiCrMo钢,马 热影响区, 沿晶或穿
氏体不锈钢,工具钢 少量在焊缝
晶
低塑性脆 化裂纹
在较低温度下,由于被焊材料的收缩应变,超过了 材料本身的塑性储备而产生的裂纹
在400℃以 下
铸铁,堆焊硬质合金
热影响区及 焊缝
沿晶及穿 晶
层状裂纹
主要是由于钢板的内部存在有分层的夹杂物(沿轧 制方向),在焊接产生的垂直于轧制方向的应力,致 使在热影响区或稍远的地方,产生”台阶”式层状
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
再热裂纹
特征：
产生部位在热影响区的过热区中， 属于典型的晶间断裂性质。
产生于再热的升温过程中，敏感温 度一般在500~700℃之间。
产生条件：
有较大的焊接残余应力。在拘束度大的厚件中或应力集中部位更易于产生再热裂纹。 多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体钢和镍基合金中。以含钒、铬、钼、硼的钢最为明显，
的储罐和管道，若有穿透性裂纹，必然发生泄漏，工程上是不允许的。 加速结构的腐蚀。表面裂纹能藏垢纳污，容易造成或加速结构的腐蚀。 留下隐患，使结构不可靠。延迟裂纹的不定期性，漏检的微裂纹，增加
了焊接结构使用中的潜在危险。若无法监控便成为极不安全的因素。
从焊接应用早期(40年代)到近代，国内外屡屡发生由焊接裂纹引起的重大事故。如焊 接桥梁坍塌，大型海轮断裂，压力容器爆炸等恶性事故。
中。
8
二 、焊接裂纹分类及其一般特征
应力腐蚀裂纹
SCC(Stress Corrosion Cracking )
在石油、化工、冶金、能源和海洋工程中许多 焊接结构都是在各种腐蚀介质下长期工作，而 这些结构焊后常有较大残余应力，在工作过程 中工作应力也较大，容易产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀而引起的断裂是在没有明显宏观变形、 无任何征兆的情况下发生的，破坏具有突发性。 裂纹往往深入到金属内部，一旦发生很难修复， 有时只好整台设备报废。
从宏观形态看，应力腐蚀裂纹只产生在与腐蚀 介质接触的金属表面，然后由表面向内部延伸， 表面看成多直线状、树枝状、龟裂状或放射状 等多种形态，但都没有明显塑性变形，裂纹走 向与所受拉应力垂直。
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裂纹分类
基本特征
敏感的温度 区间
被焊材料
位置
裂纹走向
结晶裂纹
在结晶后期,由于低熔共晶形成的液态薄膜消弱了 晶粒间的联结,在拉伸应力的作用下发生开裂.
焊缝上,少 量再热影响
区
沿奥氏体 晶界
液化裂纹
再焊接热循环峰值温度的作用下,在热影响区和多 固相线以下 层焊的层间发生重熔,在应力作用下产生的裂纹 稍低温度
含S,P,C较
间
沿晶界开 裂
再热裂纹
厚板焊接结构消除应力处理过程中,在热影响区的 粗晶区存在不同程度的应力集中时,由于应力松弛 所产生附加变形大于该部位的蠕变塑性,则发生再
而在普通碳钢中不产生这种裂纹。
原因：
在消除应力时(焊后热处理)，晶界的塑性变形的能力不足以承受在应力松驰过程中所产生的变形所致。
机理：
目前看法尚不统一，有入认为是析出碳化物等沉淀硬化相；有人认为是硫、磷、锡、锑、硼等元素的 偏析骤集造成晶界脆化；也有人认为是空位等缺陷在重新加热过程中聚集长大而成。
3）再热裂纹——焊后焊件在一定温度范围再次加热（消除应力热处 理或其他加热过程如多层焊时）而产生的裂纹叫再热裂纹。
4）层状撕裂——指焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯 状裂纹叫层状撕裂。
5）应力腐蚀裂纹——某些焊接结构(如容器和管道等)，在腐蚀介质 和应力的共同作用下产生的延迟开裂叫应力腐蚀裂纹。
在固相温度 以上稍高的 温度(固液
状态)
杂质较多的碳钢,低 中合金钢,奥氏体钢,
镊基合金及铝.
焊缝上
沿奥氏体 晶界
热 裂 纹
多边化裂 纹
已凝固的结晶前沿,在高温和应力的作用下,晶格 缺陷发生移动和聚集,形成二次边界,它在高温处
于低塑性状态,在应力作用下产生的裂纹.
固相线以下 再结晶温度
纯金属及单相奥氏 体合金
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
层状撕裂
➢层状撕裂多发生在低合金高强钢中。 ➢特点是由若干沿着钢板轧制方向、且平行于表面发展的裂纹“平
台”，通过大致与板面垂直的剪刀“壁”而连接起来的阶梯形裂纹。 ➢产生的原因，主要是由于轧制钢材内部存在有分层的夹杂物，当焊
接时，在垂直于轧制方向的应力作用下出现了裂纹。 ➢撕裂温度一般在400 ℃以下，常见于T型接头、十字接头和角接头
随着钢铁、石油化工、船舰和电力等工业的发展，焊接结构趋向大型化、大容量和高参 数化。恶劣条件下工作时，广泛采用低合金高强度钢，中、高合金钢，超高强度钢，及各种 合金材料，而这些材料通常对裂纹十分敏感。这些重大焊接结构发生事故，往往是灾难性的， 必须十分重视。
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
1、焊接裂纹分类 按 裂 纹 形 态 分 类
(a)焊缝金属中的裂纹
(b)焊接热影响区的裂纹
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
按产生裂纹的本质分五类
1）热裂纹——在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附 近的高温区产生的焊接裂纹叫热裂纹。
2）冷裂纹——焊接接头冷却到较低温度时（对钢来说在Ms温度以下 或200℃~ 300℃) 产生的焊接裂纹叫冷裂纹。