焊接裂纹及形成条件形成机理
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2、焊接裂纹综合分析及判断 3、各种裂纹断口形貌特征
§5-1 概述
一、危害性
焊接结构产生裂纹轻者需要返修，浪 费人力、物力、时间，重者造成焊接结 构报废，无法修补。更严重者造成事故 、人身伤亡。如1969年有一艘5万吨的矿 石运输船在太平洋上航行时，断裂成两 段而沉没，在压力容器破坏事故中，有 很多都是由于焊接裂纹造成。因此，解 决研究焊接裂纹已成为当前主要课题。
②脆性温度区（TB）内金属的塑性，TB 内金属的塑性越小，越易产生结晶裂纹 。 ③TB内随温度降低变形的增长率（拉伸应力 的增长率）,临应变率CST越大,则表示材料的 热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。
裂纹点
热裂纹
冷裂纹
产生温度
高温下产生
低温下产生
产生部位
焊缝、热影响区
热影响区、焊缝
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向 分布,也有横向分布， 断口具有发亮的金属光 裂口均有氧化色彩表 泽 面无光泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属 晶间断裂，也有穿晶内
于沿晶断裂性质
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
本节结束
§5-2 焊接热裂纹
冷裂纹分类：
• 延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有 一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。
• 淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向 大的组织易产生这种裂纹（与氢含量关 系不大）。
• 低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下， 由于收缩应变超过了材料本身的塑性储 备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。
延迟裂纹
4）、层状撕裂：
结 晶 裂 纹
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的 倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物 被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜” ，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带 开裂，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因：①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜—根本原因
拉伸应力—必要条件
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段
纵向裂纹
②热影响区中裂纹
③焊缝热影响区贯穿裂纹
3 、按产生本质分类
1）、热裂纹 （高温裂纹）
产生：热裂纹(高温裂纹)高温下产 生
–存特在征部：位：宏焊观缝看为, 沿主焊,热缝影的响轴区向成纵向
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
一、结晶裂纹
1、 产生机理
1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树 枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿 焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时 焊缝内部两个树枝状晶体之间。对于低碳 钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主 要发生在焊缝上某些高强钢，含杂质较多 的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近 缝区上。
晶 间 裂 纹
HAZ液化裂纹
多边化裂纹
2）、再热裂纹（消除应力处理裂 由于重新加热（纹热处）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：温度区间在+100℃～-75℃之间 存在部位:多在热影响区,但也有发生在焊缝。 特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽
的脆性断裂特征。 微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂 ，也可晶间和穿晶混合断裂。
1)、热裂纹分 • 结晶类裂纹：在凝固的过程--结晶过程中产生
• 高温液化裂纹：在高温下产生,钢材或多层
焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化 ，在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂
• 多边化裂纹：产生温度低于固相线温度,存
在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀 性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界, 使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生 纯金属或单相奥氏体合金焊缝。
二、种类
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
分 1、 类按: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） 2、 按裂纹发生部位分
①焊缝金属中裂纹
①液固阶段：（1区 ②固液阶）段：这一区 也称为“脆性温度区 ”即图上a、b之间的 温度范围 ③固相阶段：也叫 完全凝固阶段
Tb—称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属, Tb 小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产生裂纹的倾向也大
3）产生结晶裂纹的条件
如图纵座标表示温度，横坐 标表示由拉伸应力所产生的 变形（e）和金属的塑性（P ），脆性温度区的范围用Tb 表示上限是固液温度开始下 限固相线附近，或低于固相 线一段温度。
③按曲线（3）变化时，△e超过了焊缝塑性的
最低值， 产生裂纹
产生裂纹的条件
在脆性温度区焊缝所承受的拉伸 应力所产生的变形大于焊缝金属所 具有的塑性时产生裂纹即 ,高温 阶段晶间塑性变形能力不足以承受 当时所发生塑性应变量。
结论：
①脆性温度区间大小, TB大，拉应力作用时 间长，产生裂纹可能性大，决定于焊缝化学 成分，杂质性质与分布，晶粒大小。
焊接裂纹及形成条件形成机 理
第五章 焊接裂纹
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 焊接热裂纹 焊接冷裂纹 再热裂纹 层状撕裂 应力腐蚀裂纹 焊接裂纹综合分析和判断
重点内容
1、裂纹的分类用一般特征 2、结晶裂纹的形成机理
2、焊接冷裂纹的形成机理， 特 征、影响因素，及其 防冶措施
在脆性温度区内焊缝的塑性用P表示,是温度的
函数，
,当Biblioteka Baidu某一瞬时温度时有一个最
小的塑性值（Pmin)（出现液态薄膜时）受拉伸 应力所产生的变形用e表示，也是温度的函数 .
①如果拉伸应力所产生的变形随温度T 按曲线（1）变化，e随T按曲线（1）变 化。产生了△e变形量，但焊缝仍有△es 的塑性储备量即△es>0，不产生热裂纹 ②当按曲线2变化时,此时由拉伸应力所产生 的应变,恰好等于焊缝的最低塑性值,即处于 临界状态.
由于轧制母材内部 存在有分层的夹杂 物(特别是硫化物夹 杂物）和焊接时产 生的垂直轧制方向 的应力，使热影响 区附近地方产生呈 “台阶”状的层状 断裂并有穿晶发展 。
5）、应力腐蚀裂纹：
金属材料在某 些特定介质和拉 应力共同作用下 所产生的延迟破 裂现象，称应力 腐蚀裂纹。
三、热裂纹与冷裂纹的基本特
§5-1 概述
一、危害性
焊接结构产生裂纹轻者需要返修，浪 费人力、物力、时间，重者造成焊接结 构报废，无法修补。更严重者造成事故 、人身伤亡。如1969年有一艘5万吨的矿 石运输船在太平洋上航行时，断裂成两 段而沉没，在压力容器破坏事故中，有 很多都是由于焊接裂纹造成。因此，解 决研究焊接裂纹已成为当前主要课题。
②脆性温度区（TB）内金属的塑性，TB 内金属的塑性越小，越易产生结晶裂纹 。 ③TB内随温度降低变形的增长率（拉伸应力 的增长率）,临应变率CST越大,则表示材料的 热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。
裂纹点
热裂纹
冷裂纹
产生温度
高温下产生
低温下产生
产生部位
焊缝、热影响区
热影响区、焊缝
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向 分布,也有横向分布， 断口具有发亮的金属光 裂口均有氧化色彩表 泽 面无光泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属 晶间断裂，也有穿晶内
于沿晶断裂性质
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
本节结束
§5-2 焊接热裂纹
冷裂纹分类：
• 延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有 一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。
• 淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向 大的组织易产生这种裂纹（与氢含量关 系不大）。
• 低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下， 由于收缩应变超过了材料本身的塑性储 备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。
延迟裂纹
4）、层状撕裂：
结 晶 裂 纹
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的 倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物 被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜” ，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带 开裂，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因：①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜—根本原因
拉伸应力—必要条件
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段
纵向裂纹
②热影响区中裂纹
③焊缝热影响区贯穿裂纹
3 、按产生本质分类
1）、热裂纹 （高温裂纹）
产生：热裂纹(高温裂纹)高温下产 生
–存特在征部：位：宏焊观缝看为, 沿主焊,热缝影的响轴区向成纵向
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
一、结晶裂纹
1、 产生机理
1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树 枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿 焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时 焊缝内部两个树枝状晶体之间。对于低碳 钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主 要发生在焊缝上某些高强钢，含杂质较多 的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近 缝区上。
晶 间 裂 纹
HAZ液化裂纹
多边化裂纹
2）、再热裂纹（消除应力处理裂 由于重新加热（纹热处）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：温度区间在+100℃～-75℃之间 存在部位:多在热影响区,但也有发生在焊缝。 特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽
的脆性断裂特征。 微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂 ，也可晶间和穿晶混合断裂。
1)、热裂纹分 • 结晶类裂纹：在凝固的过程--结晶过程中产生
• 高温液化裂纹：在高温下产生,钢材或多层
焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化 ，在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂
• 多边化裂纹：产生温度低于固相线温度,存
在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀 性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界, 使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生 纯金属或单相奥氏体合金焊缝。
二、种类
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
分 1、 类按: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） 2、 按裂纹发生部位分
①焊缝金属中裂纹
①液固阶段：（1区 ②固液阶）段：这一区 也称为“脆性温度区 ”即图上a、b之间的 温度范围 ③固相阶段：也叫 完全凝固阶段
Tb—称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属, Tb 小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产生裂纹的倾向也大
3）产生结晶裂纹的条件
如图纵座标表示温度，横坐 标表示由拉伸应力所产生的 变形（e）和金属的塑性（P ），脆性温度区的范围用Tb 表示上限是固液温度开始下 限固相线附近，或低于固相 线一段温度。
③按曲线（3）变化时，△e超过了焊缝塑性的
最低值， 产生裂纹
产生裂纹的条件
在脆性温度区焊缝所承受的拉伸 应力所产生的变形大于焊缝金属所 具有的塑性时产生裂纹即 ,高温 阶段晶间塑性变形能力不足以承受 当时所发生塑性应变量。
结论：
①脆性温度区间大小, TB大，拉应力作用时 间长，产生裂纹可能性大，决定于焊缝化学 成分，杂质性质与分布，晶粒大小。
焊接裂纹及形成条件形成机 理
第五章 焊接裂纹
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 焊接热裂纹 焊接冷裂纹 再热裂纹 层状撕裂 应力腐蚀裂纹 焊接裂纹综合分析和判断
重点内容
1、裂纹的分类用一般特征 2、结晶裂纹的形成机理
2、焊接冷裂纹的形成机理， 特 征、影响因素，及其 防冶措施
在脆性温度区内焊缝的塑性用P表示,是温度的
函数，
,当Biblioteka Baidu某一瞬时温度时有一个最
小的塑性值（Pmin)（出现液态薄膜时）受拉伸 应力所产生的变形用e表示，也是温度的函数 .
①如果拉伸应力所产生的变形随温度T 按曲线（1）变化，e随T按曲线（1）变 化。产生了△e变形量，但焊缝仍有△es 的塑性储备量即△es>0，不产生热裂纹 ②当按曲线2变化时,此时由拉伸应力所产生 的应变,恰好等于焊缝的最低塑性值,即处于 临界状态.
由于轧制母材内部 存在有分层的夹杂 物(特别是硫化物夹 杂物）和焊接时产 生的垂直轧制方向 的应力，使热影响 区附近地方产生呈 “台阶”状的层状 断裂并有穿晶发展 。
5）、应力腐蚀裂纹：
金属材料在某 些特定介质和拉 应力共同作用下 所产生的延迟破 裂现象，称应力 腐蚀裂纹。
三、热裂纹与冷裂纹的基本特