冷裂纹的种类及特征
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
焊接冷裂纹1.前言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。
5.3 焊接裂纹-冷裂纹
1．形成脆硬的马氏体组织 马氏体是碳在铁中的 过饱和固溶体，碳原子以间隙原子存在于晶格之中， 使铁原子偏离平衡位置，晶格发生较大的畸变，致 使组织处于硬化状态。马氏体是一种脆硬的组织， 发生断裂时将消耗较低的能量 因此，焊接接头有 马氏体存在时，裂纹是易于形成和扩展。 2．淬硬会形成更多的晶格缺陷 金属在热力不平 衡的条件下会形成大量的晶格缺陷。主要是空位和 位错，在应力和热力不平衡的条件下，空位和位错 都会发生移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临 界值后，就会形成裂纹源。在应力的继续作用下， 就会不断地发生扩展而形成宏观的裂纹。
1.氢的来源及焊缝中的含氢量 焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、 焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、 油污，以及环境湿度等都是焊缝中富氢的来源。 油污，以及环境湿度等都是焊缝中富氢的来源。 2．金属组织对氢扩散的影响 氢在不同金属组织中的溶解度和扩散系数不同。 氢在奥氏体中的溶解度远比在铁素体中的溶解度 大，并且随温度的增高而增加。 因此，在焊接时有奥氏体转变为铁素体时，氢的 溶解度 急剧下降，而氢的扩散速度恰好相反， 由奥氏体转变为铁素体时突然增大。
4.延迟裂纹的开裂机理 （见下图） 4.延迟裂纹的开裂机理 冷裂纹的延迟行为主要是由氢引起的。 氢的应力扩散理论： 金属内部的缺陷（包括微孔、微夹杂和晶格缺陷 等）提供了潜在裂源，在应力的作用下，这些微 观缺陷的前沿形成的三向应力区，诱使氢向该处 扩散并聚集，应力随之提高。 当氢的浓度达到一定程度时，一方面产生较大的 应力，另一方面阻碍位错移动而使该处变脆，当 应力进一步加大时，促使缺陷扩散。 其后，氢又不断向新的三向应力区扩散，达到临 界浓度时又发生了新的裂纹扩展。 周而复始，直至成为宏要经过一段时 间（几小时，几天甚至更长）才出现。开始少量出 现，随时间增长逐渐增多和扩展。对于这类不是在 焊后立即出现的冷裂纹，称为“延迟裂纹” 焊后立即出现的冷裂纹，称为“延迟裂纹”，它是 冷裂纹中比较普遍的一种形态。 由于延迟裂纹不是在焊后立即可以了现，需延迟一 段时间，甚至在使用过程中才出现，所以它的危害 性就更为严重。 冷裂纹主要发生在高、中碳钢，低、中合金高强钢 的焊接热影响区，但有些金属，如某些超高强钢、 钛及钛合金等，有时冷裂纹也发生在焊缝金属中。
常见焊接裂纹的解析
常见焊接裂纹的解析焊接裂纹，焊接件中最常见的一种严重缺陷。
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而所产生的缝隙。
它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征，按照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帧一、冷裂纹冷裂纹是在焊接过程中或焊后，在较低的温度下，大约在钢的马氏体转变温度（即Ms 点）附近，或300〜200C以下（或TV0.5Tm, Tm为以绝对温度表示的熔点温度）的温度区间产生的，故称冷裂纹。
冷裂又可分为延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹。
（一）产生条件1.焊接接头形成淬硬组织。
由于钢的淬硬倾向较大，冷却过程中产生大量的脆、硬，而且体积很大的马氏体，形成很大的内应力。
接头的硬化倾向：碳的影响是关键，含碳和貉虽:越多、板越厚、截积越大、热输入量越小，硬化越严重。
2.钢材及焊缝中含扩散氢较多，氢原子在缺陷处（空穴、错位）聚积（浓集）形成氢分子，氢分子体积较氢原子大，不能继续扩散，不断聚积，产生巨大的氢分子压力，甚至会达到几万个大气压，使焊接接头开裂。
许多情况下，氢是诱发冷裂最活跃的因素。
3.焊接拉应力及拘朿应力较大（或应力集中）超过接头的强度极限时产生开裂。
（二）产生原因：可分为选材和焊接工艺两个方面。
1.选材方而（1）母材与焊材选择匹配不当，造成悬殊的强度差异；（2）材料中含碳、、铝、锐、硼等元素过髙，钢的淬硬敏感性增加。
2.焊接工艺方面（1）焊条没有充分烘干，药皮中存在着水分（游离水和结晶水）：焊材及母材坡口上有油、锈、水、漆等：环境湿度过大（＞90%）；有雨、雪污染坡口。
以上的水分及有机物，在焊接电弧的作用下分解产生H,使焊缝中溶入过饱和的氢。
（2）环境温度太低：焊接速度太快；焊接线能量太少。
会使接头区域冷却过快，造成很大的内应力。
（3）焊接结构不当，产生很大的拘束应力。
（4）点焊处已产生裂纹，焊接时没有铲除掉；咬边等应力集中处引起焊趾裂纹：未焊透等应力集中处引起焊根裂纹；夹渣等应力集中处引起焊缝中裂纹。
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。
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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
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施
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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，
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）。
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
（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
焊接冷热裂纹知识
焊接热裂纹和冷裂纹知识
（1）产生的温度和时间不同
热裂纹：产生在焊缝结晶过程中，即由结晶开始一直到723度以前。
冷裂纹：产生在焊件冷却到200-300度以下，焊后数小时。
（2）产生的部位和方向不同
热裂纹：多数产生在焊缝金属中，少数延伸到基本金属中去，有纵向也有横向。
冷裂纹：多数产生在熔合线基本金属侧，大多数为纵向，少数为横向。
（3）外观特征不同
热裂纹：断面有明显的氧化色彩（发蓝黑）。
冷裂纹：断口发亮，为脆性断口，无氧化色彩。
（4）金相结构不同
热裂纹：沿晶界开裂。
冷裂纹：贯穿晶粒内部，即穿晶开裂。
（5）产生的原因不同
热裂纹：①焊缝金属中的低熔点共晶成分和杂质造成晶间偏析，形成液态间层。
②金属冷却过程中引起的拉应力使液态间层拉开而形成裂纹。
冷裂纹：①淬硬组织，热影响区产生马氏体组织，塑性下降，脆性增加。
②氢的作用，氢在结晶过程中向热影响区扩散，在空穴处氢原子结合成氢分子，造成很大压力。
③焊接应力作用。
各种焊接裂纹成因特点及防止措施这条必须收藏了
各种焊接裂纹成因特点及防止措施这条必须收藏了焊接是一种常见的连接工艺，但焊接过程中容易产生焊接裂纹。
为了提高焊接质量，减少焊接裂纹的产生，需要了解不同焊接裂纹的成因特点，并采取相应的防止措施。
焊接裂纹可分为热裂纹、冷裂纹和固化裂纹等不同类型。
下面将就各种焊接裂纹的成因特点及防止措施进行介绍：1.热裂纹：热裂纹是由于焊接过程中材料受热引起的裂纹。
其特点是呈现出明显的沿晶裂纹特征，并且易于在焊接接头中形成交叉网络裂纹。
常见的热裂纹包括低温热裂纹和高温热裂纹。
低温热裂纹通常发生在焊接高碳钢、不锈钢、铝合金等材料时，主要原因是在焊接过程中产生的低熔点物质（如非金属夹杂物、硫化物）会导致裂纹的形成。
因此，防止低温热裂纹的关键在于降低焊接接头中的夹杂物含量，控制焊接温度和速度，使用合适的焊接电流和电压等。
高温热裂纹主要发生在焊接高强度钢、铝合金等材料时，其主要原因是焊接接头中的合金元素偏析或金属在焊接中的高温下形成致密的化合物，导致焊接接头发生脆性断裂。
预热和后热处理是防止高温热裂纹的常用方法，通过控制焊接温度梯度和应力，避免裂纹的生成。
2.冷裂纹：冷裂纹是焊接接头在冷却过程中产生的裂纹，主要由于焊接接头的收缩应力超过了材料的塑性变形能力而引起。
冷裂纹通常呈现出沿晶和剥离两种形态。
冷裂纹的形成与焊接材料的化学成分、焊接参数（如预热温度、焊接电流和速度等）、接头几何形状和约束条件等因素密切相关。
为防止冷裂纹的产生，可以采取增加预热温度和焊接层间温度、降低残余应力、使用低氢焊条或填充剂等措施。
3.固化裂纹：固化裂纹是焊接过程中焊缝和熔敷金属中的液态组织在冷却过程中发生凝固收缩而产生的裂纹。
固化裂纹主要由于焊接接头中的组织偏析、组织转变和凝固缩短等因素导致。
防止固化裂纹的关键是通过合理的焊接参数、选择合适的填充材料和焊接序列等措施控制焊接缩短率，减少焊接接头中的温度梯度和残余应力。
总之，了解不同焊接裂纹的成因特点并采取相应的防止措施对于提高焊接质量具有重要意义。
焊接裂纹的分类
焊接裂纹的分类焊接裂纹是指在焊接过程中或焊接后，由于内部应力、冷却速度等因素的影响，导致焊接接头内部或表面产生的裂纹。
根据裂纹的产生原因和裂纹形态不同，可以将焊接裂纹分为不同的类型。
下面就几种常见的焊接裂纹进行分类和介绍。
1. 热裂纹热裂纹是由于焊缝热影响区的结构组织和化学成分发生变化而引起的。
热裂纹通常在焊接过程中或焊接后的短时间内出现。
根据裂纹出现的位置和形态，热裂纹可以分为几种不同的类型：(1) 固相转变裂纹：当金属处于固相转变的温度范围内，由于组织的变化和内部应力的影响，容易产生热裂纹。
这种裂纹通常直接出现在焊缝和热影响区的边缘。
(2) 晶粒边界裂纹：在焊接过程中，由于焊接区和热影响区的组织结构发生变化，晶粒边界处的脆性增大，容易形成裂纹。
这种裂纹通常呈线状，沿着晶粒边界方向延伸。
(3) 退火裂纹：由于焊接过程中产生的应力或变形，在焊接后的退火过程中，容易引起焊接接头的内部产生裂纹。
这种裂纹通常在焊缝和热影响区内部产生，对焊接接头的强度和韧性产生负面影响。
2. 冷裂纹冷裂纹是由于焊接后在室温条件下产生的裂纹。
冷裂纹通常是由于焊接接头内部的残余应力和变形引起的。
根据裂纹形态和位置的不同，冷裂纹可以分为以下几种类型：(1) 焊接残余应力裂纹：由于焊接接头的热变形以及冷却过程中产生的残余应力，容易导致焊接接头内部产生裂纹。
这种裂纹通常沿着焊缝或热影响区的方向延伸，严重影响焊接接头的力学性能。
(2) 氢致裂纹：在焊接过程中，如果焊接材料和焊接环境中存在水、油、脂肪等含氢物质，容易引起焊接接头内部产生氢致裂纹。
这种裂纹通常呈细小的网状分布，对焊接接头的韧性和可靠性产生严重影响。
3.应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹是由于金属在受到应力和腐蚀介质的共同作用下产生的裂纹。
这种裂纹通常在金属制品长期使用过程中出现，对金属制品的可靠性和使用寿命产生严重影响。
根据裂纹产生的条件和形态不同，应力腐蚀裂纹可以分为以下几种类型：(1) 晶间腐蚀裂纹：当金属在受到腐蚀介质和应力的作用下，容易发生晶间腐蚀和产生裂纹。
金属裂纹特征
金属裂纹特征一、引言金属裂纹是金属材料中常见的一种缺陷，它会导致材料的强度和韧性降低，甚至引发断裂事故。
因此，对金属裂纹的特征和演化规律进行研究对于提高金属材料的安全性和可靠性具有重要意义。
二、裂纹的分类根据裂纹的形态和产生原因，金属裂纹可以分为以下几类。
1. 疲劳裂纹：疲劳裂纹是金属在交变载荷下逐渐扩展形成的裂纹。
它通常呈现出沿着应力方向延伸的直线状或曲线状裂纹。
2. 腐蚀裂纹：腐蚀裂纹是由于金属表面的腐蚀而形成的裂纹。
腐蚀裂纹通常呈现出类似于树枝状或河流状的分叉裂纹。
3. 冷裂纹：冷裂纹是金属在冷加工或焊接过程中由于应力集中而产生的裂纹。
冷裂纹通常呈现出呈斜角或直角的裂纹。
4. 热裂纹：热裂纹是金属在高温条件下由于热应力引起的裂纹。
热裂纹通常呈现出呈直线或弯曲状的裂纹。
三、裂纹的特征金属裂纹具有以下几个特征。
1. 裂纹长度：裂纹的长度是衡量裂纹严重程度的重要指标。
裂纹长度一般用毫米或微米表示。
2. 裂纹形状：裂纹的形状可以是直线状、弯曲状、分叉状等。
不同形状的裂纹对材料的强度和韧性影响不同。
3. 裂纹方向：裂纹的方向通常与应力方向有关。
裂纹的方向对材料的抗拉强度和韧性有重要影响。
4. 裂纹扩展速率：裂纹的扩展速率是指裂纹在单位时间内扩展的长度。
裂纹扩展速率与材料的性能、应力状态等因素密切相关。
5. 裂纹表面特征：裂纹的表面通常呈现出光滑、粗糙或有颗粒物质沉积等特征。
裂纹表面特征可以提供裂纹演化的信息。
四、裂纹的演化规律金属裂纹的演化过程是一个复杂的物理过程，一般可以分为以下几个阶段。
1. 起始阶段：金属材料中存在微小裂纹，当应力集中到一定程度时，裂纹开始扩展。
2. 扩展阶段：裂纹在应力作用下逐渐扩展，裂纹长度逐渐增加。
3. 平稳阶段：裂纹扩展速率相对稳定，裂纹长度随时间线性增加。
4. 加速阶段：裂纹扩展速率突然增加，裂纹长度迅速增加。
5. 稳定阶段：裂纹扩展速率再次趋于稳定，裂纹长度增加缓慢。
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）。
冷裂纹的种类及特征
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。
• 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）， 常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中。
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。
按加工方法分类
铸造冷裂纹
• 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。
焊接冷裂纹
焊接生产中经常遇到的低合金钢接头中的延迟裂纹：
冷裂纹的种类
一、按裂纹形成原Βιβλιοθήκη 分类 • 延迟裂纹• 淬硬脆化裂纹 • 低塑性脆化裂纹
二、按加工方法分类 • 铸造冷裂纹 • 焊接冷裂纹
按裂纹形成原因分类
延迟裂纹
• 这类裂纹是在氢、钢材淬硬组织和拘束应力的共同作用 下产生的，形成温度一般在 Ms 以下 200℃ 至室温范围， 由于氢的作用而具有明显的延迟特征，故又称为氢致裂 纹。
冷、热、再热裂纹
1.热裂纹（结晶裂纹、凝固裂纹）（1）定义焊接过程中在300℃以上高温（Ac3附近）下产生的裂纹为热裂纹。
一般沿晶开裂，产生于焊缝、热影响区。
倾向材料：杂质较多的低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金。
当温度在脆性温度区间时，焊缝金属产生裂纹的可能性较大（2）分类结晶裂纹（凝固过程）、高温液化裂纹（奥氏体）、多边化裂纹（纯金属或单相奥氏体合金）。
（3）产生原因热裂纹的产生原因是焊接拉应力作用到晶界上的低熔共晶体（S）所造成的。
（4）影响结晶裂纹因素a.合金元素和杂质元素含量，尤其是S、P含量。
（S、P增加结晶温度区间和产生低温共晶）b.冷却速度大，偏析严重，结晶温度区间增大c.结晶应力和拘束应力使部分金属受拉（5）防止结晶裂纹措施○1降低含碳量，减小硫、磷等杂质元素的含量；○2加入一定的合金元素，减小柱状晶的偏析，如加入钼、钒、钛、铌等细化晶粒；○3采用熔深较浅的焊缝，使低熔点物质上浮；○4合理使用焊接规范，采用预热和后热，减小冷却速度；○5采用合理的装配次序，减小焊接应力。
在压力容器焊接中，降低线能量或采用多层焊是防止热裂纹的一种有效方法。
2.冷裂纹（延迟裂纹）（1）定义指焊缝冷却到200～300℃以下产生的裂纹。
一般穿晶开裂，产生于热影响区、焊缝。
倾向材料：高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢的热影响区；合金元素含量多的超高强钢、钛合金发生在焊缝上；Rm≥450MPa材料；如耐热钢、马氏体不锈钢、焊接含Ni的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。
16MnR、15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR（仿制日本的BHW35，是单层厚壁用钢，焊接性能好但价格高）、07MnCrMoVR （仿CF-62）、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。
（2）分类延迟裂纹、淬火裂纹（淬硬倾向大的组织）、低塑性脆化裂纹（较低的温度）（3）特征a.产生于较低温度，且是焊接后一段时间，又称延迟裂纹；b.主要发生在热影响区，少量在焊缝区；c.冷裂纹可能是沿晶、穿晶或混合开裂；d.引起的破坏是典型的脆断。
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—。
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。
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。
焊缝成形中的热裂纹与冷裂纹
五、多边化裂纹和高温失延裂纹的形成
在热影响区(包括多层焊时前一焊道的热影响区)温度低于固 相线的部位，不存在液态薄膜，也会产生晶间断裂而形成高 温裂纹。这种裂纹大多属于多边化裂纹或高温失延裂纹。 在纯金属或单相奥氏体焊缝或近缝区中，刚凝固的金属存 在很多晶格缺陷，晶格缺陷在高温条件下的扩散聚集形成低 塑性的二次边界（多边化晶界），在收缩应力的作用下由多 边化晶界产生多边化裂纹。 在其它材料的焊接热影响区中，在高温条件下由晶内晶界 的不均匀变形加上晶界的缺陷聚集而失强、失塑导致的晶界 开裂属于高温失延裂纹。
第三节
焊接冷裂纹
一、 冷裂纹的分类
(一) 延迟裂纹
这种裂纹是冷裂纹中一种普遍形态，它的主要特点是不在焊后立即出现，而是 有一定孕育期，具有延迟现象 1. 焊趾裂纹 2. 焊道下裂纹 3. 根部裂纹
(二) 淬硬脆化裂纹(或称淬火裂纹)
它完全是由冷却时马氏体相变而产生的脆性造成的，这种裂纹基本上没有 延迟现象，焊后可以立即发现，有时出现在热影响区，有时出现在焊缝上
1. 焊缝中氢的溶解与扩散 来源：焊接时焊接材料、坡口表面的铁锈、油污、空气中水分 中的氢会熔入焊缝金属 溶解与扩散：氢在铁素体中的扩散速度要显著大于奥氏体中 氢在铁素体中的溶解度小，扩散速度大；相反，氢在奥氏 体中溶解度大，扩散速度小。
2. 氢在焊接接头中的扩散集聚
焊接低合金高强钢时，焊缝冷却时焊缝的相变点也总是高于母材 (因为，为了改善焊接性，焊缝的含碳量总是低于母材) 所以，焊缝中的H中冷却过程中要先从焊缝向母材HAZ区扩散，由于氢在 HAZ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。 当滞后相变的HAZ由奥氏体向马氏体转变时(TAM)，氢便以过饱和状态残留在 马氏体中，促使这个地区进一步脆化,为延迟裂纹的产生创造了条件。
焊接冷裂纹的分类、危害及机理
日本IL委员会通过插销试验建立的经验公式
cr [86.3 211Pcm 28.2 lg([H ] 1)
2.73t8 / 5 9.7 10 3 t100 ] 9.8 Si Mn Cu Cr Ni Mo V Pcm — C 5B 30 20 60 15 10
预测某结构各部位 的焊接拘束应力比较困 难，采用拘束度作为预 测拘束应力的桥梁比较 方便。
mR
(TM T0 ) Htg m c
同样钢种和同样板厚，由 于接头的坡口型式不同，即使拘 束度相同，也会产生不同的拘束 应力。
当拘束应力达到临界值σ cr时，产生裂纹。临界值σ cr反 映了产生延迟裂纹各种因素共同作用的结果（钢的化学 成分、接头的含氢量、冷却速度和应力状态），所以， 临界值σ cr可作为评价冷裂纹敏感性判据。
氢是引起高强钢焊接冷裂纹重要因素之一，并具有延 迟特性。
试验研究表明，含氢量越高，裂纹敏感性越大，当局 部地区的含氢量超过某一临界值[H]cr时，便开始出现 裂纹。 [H]cr与钢的化学成分、刚度、预热温度及冷却条件有 关。
碳当量与临界含氢量的关系
实验证明焊缝氢含量中的扩散氢对冷裂纹的产生和扩 展起决定作用，实际上只有在较低温度下的扩散氢才 具有致裂作用。这部分扩散氢称为“残余扩散氢[H]R”。 焊接高强钢冷至100℃附近时，氢在某些部位发生聚 集而起致裂作用，因此冷至100℃时的残余扩散氢 [H]R100才是致裂的有效氢含量。
氢在形成冷裂纹过程中的作用：
① 氢的来源及焊缝中的含氢量 焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环 境湿度等是焊缝中富集氢的来源。 ② 金属组织对扩散氢的影响 氢在不同组织中的溶解度和扩散系数不同。
第17讲 焊接冷裂纹
3．与接头拘束度有关的判据 (1)临界拘束度Rcr：衡量焊接接头刚性大小的一个定量指 标。
拘束度有拉伸和弯曲两类： 拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性
位移时，焊缝每单位长度上受力的大小； 弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，
焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。
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出现在焊缝上； ❖ 裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或物理化学不均匀
的氢聚集的局部地带；
❖ 裂纹的分布与最大应力方向有关。
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2、分类
❖ 焊接生产中由于采用的钢种、焊接材料不同，结构的类 型、刚度以及施工的条件不同，大致分为：
1)淬硬脆化裂纹
❖ 一些淬硬倾向很大的钢种（焊接含碳较高的Ni-Cr-Mo钢、 马氏体不锈钢、工具钢，及异种钢等），焊接时即使 没有氢的诱发，仅在拘束应力作用下就能导致开裂。
3、三大要素综合影响的评定
在实际焊接中需要有反映出材料淬硬组织(或化学成分)、 扩散氢和应力三大要素同时对冷裂纹发生影响的定量关系。
国内外学者通过大量插销试验，建立了临界断裂应力计算公式， 这些公式较好地反映了这三大要素之间的联系和对冷裂纹的影 响，还可以用此临界断裂应力作为是否产生冷裂纹的判据。
❖ 组织对冷裂纹敏感性的影响可归结为：
粗大孪晶马氏体的形成，晶界夹杂物的聚集，以 及高的晶格缺陷密度，均促使冷裂纹倾向增大。
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(3)应力的作用
1)热应力
❖ 在接头上不同位置的热应力其方向和大小是随焊接热循环而变化，冷 却后在接头上留存着残余应力，其大小及分布决定于母材和填充金 属的热物理性质、温度场以及结构的刚度等，其最大值可达母材的
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• 这类裂纹常出现在具有强烈淬硬倾向的高（中）碳钢、高
强度合金钢、工具钢的焊件中。
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
冷裂纹的种类及特征
Type & Characteristics of cold crack
冷裂纹的种类
一、按裂纹形成原因分类 • 延迟裂纹 • 淬硬脆化裂纹 • 低塑性脆化裂纹 二、按加工方法分类 • 铸造冷裂纹 • 焊接冷裂纹
按裂纹形成原因分类
延迟裂纹
• 这类裂纹是在氢、钢材淬硬组织和拘束应力的共同作用 下产生的，形成温度一般在 Ms 以下 200℃ 至室温范围， 由于氢的作用而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）， 常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中。
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，
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Leabharlann 很大。按加工方法分类铸造冷裂纹
• 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。
焊接冷裂纹
焊接生产中经常遇到的低合金钢接头中的延迟裂纹：