第16讲焊接热裂纹

纯金属或单相奥氏体46合金的焊缝中或近缝区。14
二、 结晶裂纹的特征及产生机理
结晶裂纹又称凝固裂纹，是在焊缝凝固过程的 后期所形成的裂纹。
1、一般特征
结晶裂纹只产生在焊缝中，多只纵向分布在焊 缝中心，也有呈弧形分布在焊缝中心线两侧，而且 这些弧形裂纹与焊波呈垂直分布(见图4-2)。
通常纵向裂纹较长、较深，而弧形裂纹较短，
较浅。弧坑裂纹亦属结晶裂纹，它产生于焊缝收尾
处。
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图4.2 结晶裂纹的位置、走向与焊缝结晶方向的关系
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这些结晶裂纹的共同特点：
所有结晶裂纹都是延一次结晶的晶界分布， 特别是沿柱状晶的晶界分布。
焊缝中心线两侧的弧形裂纹是在平行生长的柱 状晶晶界上形成的。在焊缝中心线上的纵向裂纹恰 好是处在从焊缝两侧生成的柱状晶的汇合面上。
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缺陷序号 1 1C 2 5 6
缺陷类型 焊缝边沿缺陷 焊缝边沿缺陷 根部裂纹 中部裂纹 孔状缺陷
缺陷位置 中间 中间 中间 中间 中间
缺陷序号 7 8 11 13
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缺陷类型 夹渣 未融合 根部未焊透 中部未焊透 分层
缺陷位置 中间 中间 中间 中间 中间
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§4.2.1 焊接热裂纹
多数结晶裂纹的断口上可以看到氧化的色彩，
说明了它是在高温下产生的。在扫描电镜下观察结
晶裂纹的断口具有典型的沿晶开裂特征，断口晶粒
表面圆滑。
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图4.4 收缩应力作用下结晶裂纹形成示意图 a）柱状晶界形成裂纹 b）焊缝中心线上形成裂纹
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2、结晶裂纹形成机理
结晶裂纹都产生于树枝状晶粒的交界处，这说 明在焊缝结晶过程中晶界是个薄弱地带。焊接结晶 时先结晶部分较纯，后结晶的部分含杂质和合金化 元素较多且富集在晶界，这种结晶偏析造成了化学 不均匀。随着柱状晶长大，杂质合金化元素就不断 被排斥到平行生长的柱状晶交界处或焊缝中心线处， 它们与金属形成低溶相或共晶。
1)按焊接裂纹的分布形态分
a、在裂纹产生的区域上有：
焊缝裂纹、热影响区裂纹
b、在相对于焊道的方向上有：
纵向裂纹 走向与焊缝轴线平行
横向裂纹 走向与焊缝轴线基本垂直
c、在裂纹的尺寸大小上有：
宏观裂纹(通常肉眼可46见) 、微观裂纹
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d、在裂纹的分布上有:
表面裂纹、内部裂纹和弧坑(火口)裂纹
e、相对于焊缝断面的位置上有：
含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中（含S、 P、C、Si偏高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某 些铝合金的焊缝中。
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（二）高温液化裂纹 ❖ 液化裂纹的尺寸很小，产生的机理与结晶裂纹基本
相同。 ❖ 裂纹出现位置：
近缝区或多层焊的层间部位 ❖ 主要发生在：
含有铬镍的高强钢、奥氏体钢以及某些镍基合 金的近缝区或多层焊的层间部位。
一、裂纹的危害
焊接裂纹种类繁多，有些裂纹在焊后立即产生，
有些在焊后延续一段时间才产生，甚至在使用过程
中，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。
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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
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熔池的结晶的阶段可分为：
1）液固阶段：不会产生裂纹
2）固液阶段：有产生裂纹的可能
❖ 最容易产生结晶裂纹的阶段可称作 “脆性温度区”。
3）完全凝固阶段
❖ 焊缝整体变形，不会产生结晶裂纹。
焊趾裂纹、根部裂纹、焊道下裂纹和层状撕裂等
2)按裂纹产生的机理分
按裂纹产生机理分类能反映裂纹的成因和本质， 现归纳成：
热裂纹(包括结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹）
冷裂纹(包括延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性 脆化裂纹等)
再热裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹等5类。
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图4.1 焊接接头裂纹分布示意图
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在结晶后期，这些残存在晶界处的低熔相尚未 凝固，并被排挤在晶界形成一种所谓 “液态薄 膜”，散布在晶粒表面，割断了一些晶粒之间的联 系。在冷却收缩所引起的拉伸应力作用下，这些远 比晶粒脆弱的液态薄膜承受不了这种拉伸应力，就 在晶粒边界处分离形成了结晶裂纹。
因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根本原因， 而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。
母材和焊丝中的S、P、Si、C偏高时，液化裂 纹的倾向将显著增高。
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（三）多边化裂纹 ❖ 焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由
于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷及严重的物理 和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，这 些晶格缺陷迁移和聚集，形成了二次边界，它的组 织性能脆弱，高温时的强度和塑性都很差，只要有 轻微的拉伸应力，就会沿多边化的边界开裂，产生 所谓“多边化裂纹”。 ❖ 主要发生在：
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
延迟裂纹产生的不定期性，以及微裂纹和内 部裂纹易于漏检。漏检的裂纹即使很小，在一定条 件下会发生扩展，这些都增加了焊接结构在使用中 的潜在危险。若无法监控便成为极不安全的因素。
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二、焊接裂纹的分类及其特点
1．焊接裂纹的分类
焊接裂纹可以从不同角度进行分类。
一、焊接热裂纹类型 ❖ 在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线
附近的高温区时所产生的焊接裂纹称热裂纹。 ❖ 焊接热裂纹可分成结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂
纹三类。
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（一）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，残余液体金属不足以及时填充，在应力作用 下发生沿晶开裂，称为结晶裂纹。 ❖ 主要产生在：
第四章 焊接气孔和裂纹 第16讲
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上讲回顾
主要内容： 1、气孔的类型及其分布特征 2、焊缝中形成气孔的机理 3、影响因素及防治措施
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4.2 焊接裂纹
焊接裂纹在焊缝金属和热影响区中都可能产生， 是焊接凝固冶金和固相冶金过程中产生最为危险的 一种缺陷。
焊接结构产生的破坏事故大部分都是由焊接裂 纹所引起。
裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的 切口。具有高的应力集中，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
用于承受高温高压的焊接锅炉或压力容器，
用于盛装或输送有毒的、可燃的气体或液体的各种
焊接储罐和管道等，若有穿透性裂纹，必然发生泄
漏，在工程上是不允许的；
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4) 表面裂纹能藏垢纳污