焊接裂纹的分析与处理

焊接裂纹的分析与处理

我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最佳的处理方案。因此必须要对裂纹进行认真的分折。

根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的则必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的则是放置或运行一段时间之后才出现。

1.焊缝裂纹的分类

根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。

1.1热裂纹

热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。（1）结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂

纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。

结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，表面无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。（2）液化裂纹—焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属以及母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。

液化裂的特征：

①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方（部分溶化区），或多层焊缝的层间金属中。

②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间发展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界发展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。

从被焊的材料上看，液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度钢、奥氏体钢以及某些镍基合金等材料中。

（3）多边化裂纹--焊接时，焊缝或近缝区在固相线以下的高温区间，由于刚凝固的金属存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)和严重的物理及化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于晶格缺陷的

移动和聚集，便形成了二次边界，即所谓的“多边化边界”这个边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以他的组织疏松，高温时的强度、塑性都很低，只要此时受少量的拉伸变形，就会沿着多边化的边界开裂，即所谓多边化裂纹。又称高温低塑性裂纹。

多边化裂纹的特征：

裂纹多发生在受热的金属中，其部位并不都紧靠熔合线(或焊缝层间的重熔线)。

1.2、冷裂纹

冷裂纹在相当低的温度（大约在钢的马氏体转变温度），由于拘束应力、淬硬组织和氧的作用下，在焊接接头产生的裂纹即属冷裂纹。冷裂纹分三类

（1）延迟裂—冷裂纹中较普遍的形态不是在焊后出现，有一端孕育期，产生延迟现象。

延迟裂产生的不同部位可分成三种形态

①焊趾裂—这种裂纹起源于焊缝和母材的交界处，并有明显的应力

集中的地方，裂纹取向经常与焊缝纵向平行，一般由焊趾的表面开始，向母材深处延伸。(见照片1、照片2)

趾根裂

照片1

焊趾裂

照片2

②焊道下裂纹--这种裂经常发生在淬硬倾向较大，含氢量较高钢种的焊接的影响区，一般情况下裂纹取向与熔合线平行，但也有时垂直与熔合线。

③根部裂纹—这种裂纹是延迟裂纹中比较常见的一种形态，主要发生在使用含氢量较高的焊条和预热温度不足（或根本不预热）的情况下。这种裂纹与焊趾裂相似，起源于焊缝根部的最大应力集中处，根部裂可能发生在焊接热影响区(粗晶区)也可能发生在焊缝的金属内，这决定于母材和焊缝的强度、塑性以及根部的形状。

(2)淬硬脆化裂纹（淬火裂）--有些钢种由于淬硬倾向比较大，即便在没有氢的条件下，仅由拘束应力的作用，也能导致开裂。这种裂纹除了出现在热影响区之外，还有时出现在焊缝上，这种裂纹主要是由淬硬组织引起的，故又称淬火裂纹，是冷裂纹的一种形态，它基本是没有延迟时间，焊后就裂。

(3)低塑性脆化裂纹--某些材料焊接时，在比较低的温度下，由于收缩应力超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹称为低塑性脆化裂纹，如铸铁和某些脆性材料焊接，在热影响区常常出现边焊边裂几乎没有延迟现象。堆焊硬质合金和某些淬硬性较高的高强度钢时，也常出现这种低塑性脆化裂纹。

低塑性裂是冷裂纹的又一种形态，它与一般延迟裂纹不同的是，这种裂纹前圆钝，裂纹本身具有一定宽度，走向直通，似乎有些脆断的特征。

综上所述总结，冷裂纹一般特征如下：

从冷裂纹形成时期看，它是在焊后较低的温度下发生的，对于易淬硬的高强钢来讲，冷裂一般是在焊后冷却过程中，马氏体附近或200—300℃以下温区间发生。

从断口看，宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征，是一种无分叉的纯断裂并呈人字形发展。

从裂纹出现的时间看，冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时经过一段时间（12小时、几天、甚至更长的时间才出现），（即所谓的延迟裂纹）

冷裂纹主要发生在高碳钢、中碳钢、低合金或中合金钢的热影响区，但有些金属，如某些金属成分较高的超高强钢，钛及钛合金等有时也产生在焊缝金属上。

冷裂纹是目前生产中影响较大的一种缺陷，甚至造成灾难事故。

1.3、再热裂纹

焊接后，焊接接头金属处于残余应力作用的状态中，焊后需要进行消除残余应力热处理时，（或不经热处理的焊件，处在一定温度下服役的过程），在一定条件下产生的沿奥氏体晶界发展的裂纹，称为再热裂纹。由于这种裂纹是在重新加热（热处理或高温服役）过程中产生的，故称“再热裂纹”，又称“消除应力处理裂纹”。

再热裂纹的特征：

在通常的情况下，再裂纹都起裂于焊趾，焊根等由几何形状发生变化引起的应力集中处。