焊接各种裂纹分类表
常见焊接缺陷PPT课件
后消除应力热处理过程中不产生裂纹，而 在500～600℃的温度下长期运行中也会产 生裂纹。这些裂纹统称为再热裂纹。
❖ 产生原因：在热处理温度下，由于应力的 松驰产生附加变形，同时在热影响区的粗 晶区析出沉淀硬化相(钼、铬、钒等的碳化 物)造成回火强化，当塑性缺乏以适应附加 变形时，就会产生再热裂纹。
❖ 产生原因：金属材料的中含有较多的非金 属夹杂物，Z向拘束应力大，热影响区的脆 化等。
❖ 防止措施：选用具有抗层状撕裂能力的钢 材，在接头设计和焊接施工中采取措施降 低Z向应力和应力集中。
❖ (3)热裂纹：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。沿奥 氏体晶界开裂，裂纹多贯穿于焊缝外表， 断口被氧化，呈氧化色。常有结晶裂纹、 液化裂纹、多边化裂纹等。
❖ 防止措施：a.控制基体金属的化学成分(如 钼、钒、铬的含量)，使再热裂纹的敏感性 减小。
❖ b.工艺方面改善粗晶区的组织，减少马氏体 组织，保证接头具有一定的韧性。
❖ c.焊接接头：减少应力集中并降低剩余应力， 在保证强度条件下，尽量选用屈服强度低 的焊接材料。
❖ 3、气孔：焊接时，因熔池中的气泡在凝固 时未能逸出，而在焊缝金属内部(或外表)所 形成的空穴，称为气孔。
❖ c.力学因素对热裂纹的影响：焊件的 刚性很大，工艺因素不当，装配工艺 不当以及焊接缺陷等都会导致应力集 中而加大焊缝的热应力，在结晶时形 成热裂纹。
❖ 防止措施：a.控制焊缝金属的化学成 分，严格控制硫、磷的含量，适当提 高含锰量，以改善焊缝组织，减少偏 析，控制低熔点共晶体的产生。
❖ b.控制焊缝截面形状，宽深比要稍大些， 以防止焊缝中心的 偏析。
❖ d.当用碱性焊条施焊时，应保持较低的电 弧长度，外界风大时应采取防风措施。
铜电阻焊焊缝裂纹
铜电阻焊焊缝裂纹
铜电阻焊焊缝裂纹的原因如下：
１．结晶裂纹：焊接熔池凝固结晶时，在液相与固相并存的温度区间，由于结晶偏析和收缩应力应变的作用，焊接金属沿一次结晶晶界形成的裂纹。
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与母材近缝区金属中，由于晶间金属受热重新熔化，在一定的收缩应力作用下，沿奥氏体晶界开裂的现象。
３．高温低塑性裂纹：在液相结晶完成以后，焊接金属从材料的塑性恢复温度开始冷却，对于某些材料，当冷却到一定的温度范围内，由于应变速率和一些冶金因素的相互作用，引起塑性下降，导致焊接金属沿晶界开裂。
４．焊接温度过高或过低：焊接温度过高时，会导致焊点热裂；焊接温度过低时，会导致焊缝太窄，无法达到合适的强度。
５．热处理不当：热处理的过程和温度也会影响焊点的质量和强度。
６．材料质量问题：铜线本身的质量也是影响焊点质量的重要因素。
７．焊接过程中振动或应力过大：焊接过程中，若受到振动或者应力过大的作用，也会导致焊点开裂。
技能培训资料：常见的焊接缺陷
1、焊接夹渣焊接夹渣缺陷是指焊后熔渣残留在焊缝中的情况。
夹渣主要有金属夹渣即夹铝或夹铜和非金属夹渣即焊条药皮、焊剂、硫化物、氧化物或氮化物留存在焊缝中。
夹渣产生的主要原因是破口清理不彻底、坡口尺寸不符合设计要求、焊条质量不合格等。
2、焊接凹坑焊接凹坑是指在收弧和断弧时操作不当而在焊道末端形成的凹陷部分。
主要产生的原因是焊接材料在焊接过程中停留时间不够，填充金属不够导致的。
其危害是导致焊缝的横截面减少，凹坑处容易产生偏析或杂质汇集，从而易形成气孔、灰渣或裂纹。
3、焊接裂纹焊接裂纹主要是指焊缝中金属原子结合遭到破坏，从而形成新的界面而形成的裂缝。
焊接裂纹按温度可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂。
裂纹再焊接工艺里是最严重的一种缺陷，也是导致焊接结构失效而引发事故的主要原因。
4、焊接气孔焊接气孔主要是在熔池中的气泡在金属凝固时未能及时逸出而形成的空穴。
其主要产生原因是电弧保护不到位，弧太长或者焊接材料有锈，气体保护介质不纯以及坡口处理不到位。
5、焊接咬边焊接咬边是指沿着焊趾，在焊件部分形成凹陷或者沟槽。
主要形成原因是焊接参数选择不正确、焊速太慢、电弧拉得太长、电流过大、焊枪位置不准确导致。
其危害导致焊件工作截面减小，咬边处应力集中。
6、焊接焊瘤焊瘤是指金属溢流到加热不足的焊件或焊缝上，未能与焊件和金属熔合在一起而堆积的金属缺陷。
主要形成原因是焊接参数选择不符合设计要求、焊接坡口清理不到位、焊接速度太慢等。
7、焊接局部烧穿焊接局部烧穿是指焊接过程中，焊接部位熔透至坡口背面，形成穿孔现象。
主要产生原因是焊接电流太大、焊件加热过高、坡口对接空隙太大、焊接速度太慢、电弧停留时间太长等8、焊接未焊透焊接未焊透是指焊缝的熔透深度小于板厚时形成的。
在单面时，焊缝熔透到达不了焊件底部；双面焊时两道焊缝熔深总厚度小于焊件厚度而形成的。
主要形成原因有焊条位置不准确，偏离中心位置；坡口角度太小，焊接空隙小钝边太大；电流太小等。
失效案例分析
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b.氢致开裂（HIC）
在钢的内部发生氢鼓 泡区域，当氢的压力 继续增高时，小的鼓 泡裂纹趋向于相互连 接，形成有阶梯特征 的氢致开裂。氢致开 裂发生不需要外加应 力（载荷应力、残余 应力），故从概念讲 不属于应力腐蚀破坏 范畴。
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c.硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）
• 硫化氢在液相水中，由于电化学的作用，在阴极反应时生成氢 原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致脆性增加（氢原子 渗透到钢的内部晶格，在亲和力的作用下生成氢分子，钢材晶 格发生变形，材料韧性下降，脆性增加），在外加拉应力或残 余应力的作用下形成开裂。
2、焊接裂纹有不同的特性，要根据不同的裂纹产生机理 及形式选择检测的时机与方法，提高检验的有效性。
• 延迟裂纹 • 液化裂纹
3、对于易产生焊接裂纹的钢种，一旦发现裂纹，应扩大 检验比例。
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案例1：反应流出物换热器管箱入口不锈钢法兰开裂
某石化炼油厂，2010年大修检验发现，反应流出物换热器管箱入口 不锈钢法兰开裂。 主要原因：
P≤0.008%、Mn≤1.30%，且应进行抗HIC性能试验或恒 负荷拉伸试验。
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在湿硫化氢应力腐蚀环境中使用的其它材料制设备和管 道应符合下列要求：
铬钼钢制设备和管道热处理后母材和焊接接头的硬度应不 大于HB225（1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo）、HB235 （2.25Cr-1Mo、5Cr-1Mo）或HB248（9Cr-1Mo）；
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湿硫化氢环境分类（NACE 8X196） 一类：不选用抗HIC钢，可不做热处理 二类：可选抗HIC钢，要进行热处理 三类：选用抗HIC钢，要进行热处理
裂纹分类-热裂纹讲解
(1)硫和磷 硫、磷几乎在各类钢中都会增高结晶裂纹的倾向，即使 是微量存在，也会使结晶区间大为增加。 硫和磷在钢中还能引起偏析。元素的偏析程度可 用下式表示：
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(2) 碳 碳在钢中是影响结晶裂纹的主要元 素，并能加剧其他元素的有害作用(如硫、 磷等)。国际上采用碳当量作为评价钢种 焊接性的尺度，可见碳的重要影响。
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以上仅从三个方面概要地讨论了冶 金因素对产生结晶裂纹的影响，它们之 间往往是相互影响、错综复杂的，有时 还是矛盾的。总之，对于结晶裂纹的机 理，影响因素等均须作进一步研究。
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(二)力学因素对产生结晶裂 纹的影响
产生结晶裂纹的影响因素是很复杂 的，但概括起来主要是冶金因素和力学 因素，二者之间既有内在的联系，又有 各自独立规律。对于各种情况下，产生 结晶裂纹的条件必须是冶金因素和力学 因素共同作用，二者缺一不可。
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是否产生结晶裂纹主要决定于 以下三个方面
a. 脆性温度区TB的大小 TB越大，由于焊缝收缩产生拉伸应力的作用时间也越 长，产生的应变量也越大，故产生结晶裂纹的倾向也 就越大。 TB大小主要决定于焊缝的化学成分、低熔共 晶的性质及分布、晶粒大小及方向性等。
b. 在脆性温度区内金属的塑性 在TB内焊缝金属的塑性越小，就越容易产生结晶裂纹。 c. 在脆性温度区内的应变增长率 在TB内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大， 因而应变的增长率也将增大，这就容易产生结晶裂纹。
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(一)冶金因素对产生结晶裂纹 的影响
所谓纳晶裂纹的冶金因素主要是合 金状态图的类型、化学成分和结晶组织 形态等 1．合金状态图的类型和结晶温度区间
试验研究表明，结晶裂纹倾向的大小是随合金状态图结 晶温度区间的增大而增加。
第8讲 焊接结构的脆性断裂
第8讲焊接结构的脆性断裂1.1 金属的断裂一、金属材料断裂和形态特征焊接结构断裂失效中，最为严重的是脆性断裂失效、疲劳断裂失效和应力腐蚀断裂失效三种类型。
断裂现象可以有多种分类标准：(1)根据金属材料断裂前变形的大小分：塑性断裂，脆性断裂(2)按金相显微组织的形状分：穿晶断裂，沿晶断裂(3)按宏观形态的方位分：正断，切断由于大多数断裂是在瞬间发生的，所以，用实验方法难于掌握断裂的过程和微观机理。
但是，由于断裂后在断口上经常留下能够反映断裂过程和微观机理的痕迹和特征。
所以可以借助断口分析对断裂进行研究。
表1-1归纳了各种断裂及其特征。
表1-1金属断裂的分类及其特征二、脆性断裂脆性断裂---通常称为低应力脆断。
一般都在应力低于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情况下发生的。
脆性断裂的微观机制有解理断裂和晶间断裂，如图1-1所示。
脆性断裂的宏观特征，理论上讲，是断裂前不发生塑性变形，而裂纹的扩展速度往往很快，脆性断裂在钢中的传播速度能够达到1800m/s 。
脆性断裂前无明显的征兆可寻，且断裂是突然发生的，因而往往引起严重的后果。
(a)解理型断口 (b)晶间断裂图1-1 脆性断裂断口形貌 1.解理断裂解理断裂是材料在拉应力的作用下，由于原子间结合键遭到破坏，严格地沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开而造成的。
解理面一般是表面能最小的晶面，且往往是低指数的晶面。
表1-2显示了部分晶型的主解理面、次解理面及滑移面。
表1-2 部分晶型的解理面 晶体结构金属名称 主解理面 次解理面或滑移面 体心立方密排六方Zn,Cd,Mg,α-Ti,Sn {0001} {1010},{0001} 金刚石晶体Si,Ge {111} / 离子晶体NaCl,LiF {100} {110} 面心立方 Al,Cu,Ni,r 型钢等/ {111}解理断裂过程包括裂纹的萌生和扩展两个阶段。
Cottrell 提出的位错聚合模型，如图1-2所示。
再热裂纹
再热裂纹【定义】焊后焊件在一定温度范围内再次加热而产生的裂纹。
焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹称为再热裂纹。
再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。
钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素会促使形成再热裂纹，其影响可用下式表示△G′＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2△G′＞2时，对再热裂纹敏感；1.5＜△G′＜2时，一般；△G′＜1.5时，对再热裂纹不敏感。
防止产生再热裂纹的方法：（1）预热预热温度为200～450℃。
若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。
例如，18MnMoNb钢焊后在180℃热处理2h，预热温度可降低至180℃。
(2）应用低强度焊缝, 使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。
（3）减少焊接应力, 合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。
延迟裂纹及再热裂纹1延迟裂纹1.1延迟裂纹的定义焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。
延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。
1.2有延迟裂纹倾向的材料16MnR、15MnVR（鞍钢研制，现基本不生产了）、15MnNbR、18MnMoNbR（不好购买）、13MnMoNbR（仿制日本的BHW35，是单层厚壁用钢，焊接性能好但价格高）、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。
2热裂纹2.1 热裂纹定义焊接过程中在300℃以上高温下产生的裂纹为热裂纹。
热裂纹一般有在稍低于凝固温度下产生的凝固裂纹，也有少数是在凝固温度区发生的裂纹。
2.2 热裂纹产生的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所造成的。
焊接应力是产生裂纹的外因，低熔共晶体是产生裂纹的内部条件。
焊缝中偏高的S 与Fe能形成低熔点共晶体，所以偏高的S是主要因素。
射线检测-焊缝缺陷图谱
1．外部缺陷在焊缝的表面，用肉眼或低倍放大镜就可看到，如咬边，焊瘤，弧坑，表面气孔和裂纹等。
2．内部缺陷位于焊缝内部，必须通过各种无损检测方法或破坏性试验才能发现。
内部缺陷有未焊透，未熔合，夹渣，气孔，裂纹等，这些缺陷是我们无损检测人员检查的主要对象。
焊缝缺陷的危害性：1、由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了静力拉伸强度。
2、由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现象，容易产生裂纹并扩展。
3、缺陷可能穿透焊缝，发生泄漏，影响致密性。
焊缝纵向裂纹示意图一、焊缝纵向裂纹X光底片焊缝纵向裂纹1 焊缝纵向裂纹2焊缝纵向裂纹3 焊缝纵向裂纹4焊缝纵向裂纹5 焊缝纵向裂纹6焊缝纵向裂纹7 焊缝纵向裂纹8焊缝纵向裂纹9 焊缝纵向裂纹10焊缝纵向裂纹11 焊缝纵向裂纹12焊缝纵向裂纹13 焊缝纵向裂纹14焊缝纵向裂纹15 焊缝纵向裂纹16焊缝纵向裂纹17 焊缝纵向裂纹18焊缝纵向裂纹19 焊缝纵向裂纹20 纵向裂纹的表面特征是沿焊缝长度方向出现的黑线，它既可以是连续线条，也可以是间断线条。
纵向裂纹影像产生的原因是沿焊缝长度破裂而导致的不连续黑线。
二、热影响区纵向裂纹X光底片热影响区纵裂1 热影响区纵裂2 热影响区撕裂呈线性黑色锯齿状，平行于熔合线，穿晶扩展，表面无明显氧化色彩，属脆性断口的延迟裂纹。
焊缝横向裂纹示意图三、焊缝横向裂纹X光底片焊缝横向裂纹1 焊缝横向裂纹25焊缝横向裂纹3 焊缝横向裂纹4焊缝横向裂纹的表征是横在焊接影像上的一根细小黑线（直线或曲线），它产生的原因是由焊缝上的金属破裂引起的。
当焊接应力为拉应力并与氢的析集和淬火脆化同时发生时，极易产生冷裂纹。
四、母材裂纹X光底片母材裂纹1 母材裂纹2裂纹：材料局部断裂形成的缺陷。
裂纹的分类方法：按延伸方向可分为纵向裂纹、横向裂纹、辐射状裂纹；按发生部位可分为焊缝裂纹、热影响区裂纹、熔合区裂纹、焊趾裂纹、弧坑裂纹、母材裂纹；按发生条件和时机可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹。
常见的焊接缺陷及其处理方法
三、焊接裂纹的分类
按温度范围和机理进行的焊接裂纹的分类
氢致裂纹
冷裂纹
淬火裂纹
层状撕裂
结晶裂纹
焊接裂纹
热裂纹
液化裂纹
高温失效裂纹
再热裂纹
1、热裂纹（又称结晶裂纹）
热裂纹的定义 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。
热裂纹主要发生在晶界处。 热裂纹的特征
存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。 由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。
了解冷裂纹的形成
防止冷裂纹的措施 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油、水、除锈，减少氢的来源。
工件焊前预热，焊后缓冷（大部分材料的温度可查表），可降低焊后冷却速度，避免 产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。
前言
众所周知，焊接结构(件)在现代科学技术和生产中得到了广泛
应用。随着锅炉、压力容器、化工机械、海洋构造物、航空航天 器和原子能工程等向髙参数及大型化-方向发展，工作条件日益苛 刻、复杂。显然，这些焊接结构(件)必须是髙质量的，否则，运行 中出现事故必将造成惨重的损失。诚然，迅速发展的现代焊接技 术，已能在很大程度上保证其产品质量， 但由于焊接接头为不均 匀体，应力分布又复杂，制造过程中亦作不到绝对的不产生焊接 缺陷，更不能排除产品在役运行中出现新的缺陷。
焊道之 间未焊
透
缺陷名称 未焊透
定义
在熔焊时， 接头根部未完全 熔透的现象，如 图9-5所示。图9-5 未焊透 Nhomakorabea原因
裂纹分类——精选推荐
裂纹分类裂纹分类凡是使⾦属的连续性被破坏的缺陷，⽽此种缺陷⼜具有⼀定的深度、长度和宽度，或直线或曲线状分布于钢材或⼯件表⾯或内部，即称裂纹。
裂纹的分类：1. 按裂纹存在的形状和⼤⼩可分为：龟纹、“V型”纹、“y型”纹、“之状”裂纹、环状裂纹、鸡⽖状裂纹、丝纹、发纹、裂纹、裂缝等宏观裂纹及微观裂纹。
2. 按裂纹存在于钢材或⼯件上的不同⽅向分为：纵裂纹、横裂纹即为定向裂纹等。
3. 按裂纹存在的不同部位分为：表⽪裂纹、⽪下裂纹、⼼部裂纹与钢锭的头部裂纹、中部裂纹、尾部裂纹及⾓部裂纹等。
4. 按裂纹产⽣的不同根源分为：铸造裂纹、锻造裂纹、轧制裂纹、拔制裂纹、研磨裂纹、淬⽕裂纹、焊接裂纹及疲劳裂纹等。
低倍组织结构内容1. 偏析、疏松、⽓孔、树枝状结晶、缩孔、缩管、晶粒粗⼤、⽓泡翻⽪、⾦属夹杂物、⾮⾦属夹杂物、裂纹等。
2. 在加热过程中产⽣的缺陷：过烧、氧化铁⽪、脱碳层、晶粒粗⼤、斑疤、夹层、重⽪、皱纹、裂纹、飞边、折叠、⽩点等。
3. 使⽤过程中产⽣的：疲劳断⼝、脆性断裂、裂⼝、分层等缺陷。
钢中低倍组织结构的检验⽅法⼀、表⾯质量检验法：1.⽬的：i. 避免因表⾯质量不良⽽造成在⽣产⼯艺上发⽣废品的损失、降低使⽤寿命；ii. 确定钢锭、钢坯、钢材及零件等是否必须经过中间清理或维修⼯序；iii. 查明表⾯缺陷的类别、特征、对质量危害的程度，从⽽分析其产⽣的原因，提供今后的改进质量的有效技术措施。
⼆、敲击检验法视⼩铁锤回跳情况与⼯件发出声⾳的情况来判断是否有裂纹。
三、断⼝质量检验法1.⽬的i. 检验常存的⼀些缺陷：缩孔、⾮⾦属夹杂物、夹砂、斑点、晶粒粗⼤、晶粒不均、脱碳、⽓孔、带状组织、层状组织、⽩点等；ii. Cr-Ni，Cr-Ni-Mo，Cr和⾼碳钢中的⽩点；iii. 分析产⽣断裂的原因与断裂的性质。
四、冷热酸蚀检验法1.热酸蚀法：将酸的⽔溶液（1:1盐酸）加热到70~80℃时把试样放置在溶液中，经过15~30min⽤热开⽔冲洗，热风吹⼲，可以看出钢中的裂纹和其他低倍组织结构。
缺陷的种类和产生原因
图4
未焊满
(5) 烧穿——烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔 化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷，见图5。 焊接电流过大，速度太慢， 电弧在焊缝处停留过久，都 会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧 穿现象。 烧穿是绝大多数产品上不允许存在的缺陷。它破坏了焊 缝，使接头丧失连接及承载能力。 选用较小电流和合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝 背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。
图8
夹渣
(3) 夹渣产生的原因 1)坡口尺寸不合理。 2) 坡口有污物。 3) 多层焊时，层间清渣不彻底。 4) 焊接线能量小。 5) 焊缝散热太快，液态金属凝固过快。 6) 焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应 不完全，脱渣性不好。 7) 钨极性气体保护焊时，电源极性不当，电流密度大，钨 极熔化脱落于熔池中。 8) 手工焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。 可根据以上原因分别采取对应措施，以防止夹渣的产生。 (4) 夹渣的危害——点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的 夹渣会产生尖端应力集中，尖端还焊缝表面上连续的或断续的沟 槽，见图4。 填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条 过细，运条不当等均会导致未焊满。 未焊满同样减小了焊缝的有效截面积，削弱了焊缝，也会 产生应力集中。同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容 易产生气孔、裂纹等缺陷。 防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。
(3) 凹坑——凹坑指焊缝表面或 背面局部的假于母:材的部 分，见图3。 凹坑多是由于收弧时焊条(焊 丝)未作短时间停留造成的 (此时的凹坑称为弧坑)。仰、 立、横焊时，常在焊缝背面 根部产生内凹。
图3
凹坑
凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧 坑缩孔。 防止凹坑产生的措施：施焊时尽量选用平焊位置，选用合 适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形 摆动，填满弧坑。
钢箱梁焊缝疲劳裂纹原因分析与维护技术分析
钢箱梁焊缝疲劳裂纹原因分析与维护技术分析摘要：本文钢箱梁实际使用环境的基础上，简要阐述了钢箱梁的常见病害，之后对主要病害，即钢箱梁焊缝疲劳裂纹从分类与分布上进行了详细分析，最后，提出了一些检测疲劳裂纹的方法以及检修钢箱梁疲劳裂纹的措施，提供相关单位进行参考。
关键词：钢箱梁焊缝；疲劳裂纹；维护技术前言：钢箱梁具备着吊装方便快捷、加工方便、抗扭刚度大、抗风稳定性较强以及自重轻等优势，近几年来随着科技水平的进步，被广泛的应用于大跨度桥梁建设。
然而，在极为恶劣的周边自然环境以及钢箱梁自身的受力特点和材料特性的影响下，钢箱梁会因风荷载、车辆荷载等动力荷载的影响下，产生一系列的病害，最为典型的就是疲劳损伤。
疲劳断裂是一种主要的金属结构失效形式，在循环载荷的强烈影响下，钢结构会因腐蚀、应力集中等状况出现裂纹，归根结底，这种裂纹是由于疲劳强度引起的，而扩展的裂纹将会引发结构的失效。
根据美国土木工程学会 (ASCE)近几年的相关数据，由于疲劳损伤而引发的钢结构破坏占到了钢结构总破坏的80% ～ 90%。
目前，钢箱梁桥疲劳开裂以及成为了设计维护关键问题。
1钢箱梁的常见病害1.1 涂装劣化钢箱梁通常都是直接接触到海洋大气及周边空气的，而这种长期暴露会对钢箱梁产生一定的侵蚀，对钢箱梁安全造成不良影响。
为保护钢箱梁外部的完整性，通常会对桥梁钢结构表面进行一定的维护，而其中最具有效力及最为经济型的就是涂装。
但是观察长期服役的钢箱梁表面涂层可以发现，其仍出现大量生锈、脱落、裂纹、起泡、粉化问题，涂层的劣化将导致进一步的腐蚀。
1.2 腐蚀同一桥梁的不同位置所面临的环境有所区别，但工业废气中含有的大量盐粒子、水分、氮化物及硫化物会对钢箱梁焊缝产生一定的腐蚀作用，而桥梁所处位置周边空气通常会存在大量工业废气。
腐蚀的焊缝会出现承载力下降、刚度降低以及截面减小的情况。
另外，腐蚀严重情况下出现的锈坑将会引发钢结构脆性破坏，对于钢结构耐久性产生严重的损害。
焊缝质量标准和焊缝等级分类
焊缝质量标准和焊缝等级分类(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--焊缝质量标准保证项目焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书及烘焙记录。
焊工必须经考试合格，检查焊工相应施焊条件的合格证及考核日期。
Ⅰ、Ⅱ级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的规定，检查焊缝探伤报告。
焊缝表面Ⅰ、Ⅱ级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。
Ⅱ级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷，且Ⅰ级焊缝不得有咬边、未焊满等缺陷。
基本项目焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。
表面气孔：Ⅰ、Ⅱ级焊缝不允许；Ⅲ级焊缝每50mm 长度焊缝内允许直径≤；且≤3mm 气孔2 个；气孔间距≤6 倍孔径。
咬边：Ⅰ级焊缝不允许。
Ⅱ级焊缝：咬边深度≤，且≤，连续长度≤100mm，且两侧咬边总长≤10%焊缝长度。
Ⅲ级焊缝：咬边深度≤，且≤lmm。
注：t 为连接处较薄的板厚。
允许偏差项目，见表5-1。
5 成品保护。
焊后不准撞砸接头，不准往刚焊完的钢材上浇水。
低温下应采取缓冷措施。
不准随意在焊缝外母材上引弧。
各种构件校正好之后方可施焊，并不得随意移动垫铁和卡具，以防造成构件尺寸偏差。
隐蔽部位的焊缝必须办理完隐蔽验收手续后，方可进行下道隐蔽工序。
低温焊接不准立即清渣，应等焊缝降温后进行。
6 应注意的质量问题尺寸超出允许偏差：对焊缝长宽、宽度、厚度不足，中心线偏移，弯折等偏差，应严格控制焊接部位的相对位置尺寸，合格后方准焊接，焊接时精心操作。
焊缝裂纹：为防止裂纹产生，应选择适合的焊接工艺参数和施焊程序，避免用大电流，不要突然熄火，焊缝接头应搭10～15mm，焊接中木允许搬动、敲击焊件。
表面气孔：焊条按规定的温度和时间进行烘焙，焊接区域必须清理干净，焊接过程中选择适当的焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出。
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【摘要】本文主要分析了焊接冷裂纹产生机理及影响因素，并根据分析依据制定出防止产生裂纹的措施。
【关键词】焊接冷裂纹；产生原因；防止措施随着钢铁、石油化工、电力等工业的发展，在焊接结构方面都取向大型化、大容量和高参数的方向发展，有的还在低温、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问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接裂纹。
焊接裂纹不仅给生产带来许多困难，造成停产、停工，而且可能带来灾难性的事故。
世界上好多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。
为了能有效的减少由于焊接裂纹引起的事故，保障安全生产，保障生命财产，很有必要对焊接裂纹产生原因进行分析，并制定出防止产生裂纹的措施。
一、焊接裂纹的分类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征都是很复杂的，有焊缝的表面、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弧坑裂纹。
如果按产生裂纹的本质来分，可分为：热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹五大类。
在这里我们将对冷裂纹进行讨论、分析。
二、焊接冷裂纹形成机理与影响因素（一）焊接冷裂纹的形成机理大量实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向，焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。
高强钢在淬硬时，特别是在焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，粗大的奥氏体将转变为粗大的马氏体，从金属强度理论可以知道，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，裂纹易于形成和扩展。
焊接裂纹种类分类及其特点概述
焊接裂纹种类分类及其特点概述一、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，重者造成焊接结构抱废，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。
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热影响区焊缝贯穿裂纹⑨焊趾裂纹⑩焊缝根部裂纹分类：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）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3、按产生本质分类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。
—热裂纹—高温裂纹高温下产生，在结晶温度附近存在部位：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。
存在宏观裂纹，必有微观裂纹存在微观裂纹，外表不一定显现宏观裂纹近缝区的裂纹往往是微观裂纹，不一定发展成宏观裂纹1)、热裂纹1）、结晶裂纹：在凝固的过程—结晶过程中产生2）、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（S、P、Si)经重新溶化，在收缩应力作用下，沿奥氏体晶间发生开裂。
3）、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。
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。
焊接冷裂纹
氢在铁中的溶解度（a）及在不同组织钢中扩散速度（b）
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焊接时在高温作用下，将有大量的氢溶解在 溶池中，在随后的冷却和凝固过程中，由于 溶解度的急剧降低，氢极力逸出，但因冷却 很快，使氢来不及逸出而保留在焊缝金属中， 使焊缝中的氢处于过饱和状态，因而氢要极 力进行扩散。氢在不同组织中的扩散速度， 主要决定于它的扩散系数D。氢在不同组织 中的扩散系数如表所示。
2
• 国内某石化总厂一台1000m3的液化石油气 罐，材质为FG43钢，施工时由于对进口钢 材焊接要求不熟悉，焊后经检验发现许多 裂纹(其中主要是冷裂纹)，总长达7540mm， 占球罐焊缝总长的11.9％。 • 事故带来的不仅是设备本身的损失，更重 要的是直接威胁人的生命安全，所以引起 了世界各国的重视。因此，深入探讨冷裂 纹的原因，防止冷裂纹的产生是焊接领域 中一项重要的任务。
16
• (二)氢的作用 • 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，因此，在许多文献上把氢引起 的延迟裂纹称为“氢致裂纹”或称“氢助裂纹”。 • 试验研究证明，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[H]cr。 • 各种钢产生冷裂的[H]cr值是不同的，它与钢 的化学成分、刚度、预热温度，以及冷却条件等 有关。图5-43是钢种碳当量Pcm和CE与临界含氢 量[H]cr的关系。
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• 3 氢在致裂过程中的动态行为 • 在焊接过程中，由于热源的高温作用，焊缝金 属中溶解了很多的氢，冷却时又极力进行扩散和 逸出，原子氢从焊缝向热影响区扩散的情况如图 所示。
高强钢热影响区延迟裂纹的形成过程
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由于焊缝的含碳量低于母材，因此焊缝在较高的温 度就发生相变，即由奥氏体分解为铁素体、珠光体、 贝氏体以及低碳马氏体等。此时母材热影响区金属 尚未开始奥氏体分解。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 快地从焊缝越过熔合线ab向尚未发生分解的奥氏体 热影响区扩散。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。当滞后相变的 热影响区由奥氏体向马氏体转变时，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。 如果这个部位有缺口效应，并且氢的浓度足够高时， 就可能产生根部裂纹或焊趾裂纹。若氢的浓度更高。 可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。
常见焊接缺陷及其产生原因
类。
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熔焊缺陷除了以上六类之外，还有金相组织不符合要求（如晶粒粗大、 金相组织的成分不合格等）及焊接接头的理化性能不符合要求的性能缺 陷（包括化学成分、力学性能及不锈钢焊缝的耐腐蚀性能等）。这类缺 陷大多是由于违反焊接工艺或错用焊接材料所引起的，不在此讨论。
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图三
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六、未熔合和未焊透 在焊缝金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合
的部分称为未熔合（如图四）。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及 焊缝的根部。这种缺陷有时间隙很大，与熔渣难以区别。有时虽然结合 紧密但未焊合，往往从未熔合区末端产生微裂纹。
温失塑裂纹是低于固相线温度下，在焊缝金属凝固后的冷却过程中形成 的一种热裂纹。
焊接接头冷却到Ms线温度以下时形成的裂纹称为冷裂纹。其特点是 表面光亮，无氧化特征。冷裂纹主要发生在焊接热影响区，对某些合金 成分多的高强度钢来说，也可能发生在焊缝金属中。常见的冷裂纹可分 为氢致裂纹、淬火裂纹和层状撕裂。氢致裂纹具有延迟特征，即焊后经 过数小时、数日或更长时间才出现的冷裂纹称为氢致裂纹，或称延迟裂 纹；淬火裂纹是在焊接含碳量高、淬硬倾向大的钢材时出现的冷裂纹； 层状撕裂是母材本身固有的缺陷，因焊接使其暴露出来，一般发生在角 焊缝的厚板结构中中国。核工业第二三建设公司
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图7 焊瘤
3、烧穿和下塌 焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。
烧穿容易发生在第一道焊道及薄板对接焊缝或管子对接焊缝中。在烧穿 的周围常有气孔、夹渣、焊瘤及未焊透等缺陷。
穿过单层焊缝根部，或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的 过量焊缝金属称为下塌。
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。
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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
敏感的温度区间 在固相线温度以上稍高 的温度（固相状态） 固相线以下再结晶裂纹
固相线以下少低温度
600~700℃回火处理
在 MS 点以下 在 MS 点附近
在 400℃以下
被焊材料
约 400℃以下
应 力 腐 蚀 某些焊接结构（如容器和管道等），在
裂
纹 腐蚀介质和应力的共同作用下产生的 任何工作温度
（SCC） 延迟开裂
含有杂质的低合金高 热影响区附近 沿晶或穿晶
强钢厚板结构
碳钢、低合金钢、不 焊缝和热影响
沿晶或穿晶
锈钢、铝合金
区
禹长春 2007-7-8
热影响区，少量 在焊缝
热影响区，少量 在焊缝
热影响区，少量 铸铁、堆焊硬质合金
在焊缝
裂纹走向 沿奥氏体晶 界 沿奥氏体晶 界 沿晶界开裂
沿晶界开裂
沿晶或穿晶 沿晶或穿晶
沿晶或穿晶
层状撕裂
主要是由于钢板的内部存在有分层的 夹杂物（沿轧制方向），在焊接时产生 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” 式层状开裂
裂纹分类
结晶 裂纹
多变 化裂 纹 热 裂 纹 液化 裂纹
再热 裂纹
延迟 裂纹 淬硬 冷 脆化 裂 裂纹 纹 低塑 性脆 化裂 纹
基本特征 在结晶后期，由于低熔共晶形成的液 态薄膜削弱了晶粒间的连接，在拉伸 应力作用下发生开裂 已凝固的结晶前沿，在高温和盈利的 作用下，晶格缺陷发生移动和聚集， 形成二次边界，它在高温处在高塑性 状态，在应力作用下产生的裂纹 在焊接热循环峰值温度的作用下，在 热影响区和多层焊的层间发生重熔， 在应力作用下产生的裂纹 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 生再热裂纹 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
位置
杂质较多的碳钢、低
中合金钢、奥氏体钢、 焊缝上
镍基合金及铝
纯金属及单相奥氏体 焊缝上，少量在
合金
热影响区
含 S、P、C 较多的镍 热 影 响 区 及 多
铬高强钢、奥氏体钢、
镍基合金
层焊的层间
ห้องสมุดไป่ตู้
含有沉淀强化元素的 热影响区的粗
高强钢、珠光体钢、 晶区 奥氏体钢、镍基合金
中、高碳钢、低、中 合金钢、钛合金 含碳的 NiCrMo 钢、 马氏体不锈钢、工具 钢