熔焊原理-焊接冷裂纹
第17讲_焊接冷裂纹..
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(2)组织的作用 钢材的淬硬倾向越大或马氏体数量越多，越容易产 生冷裂纹。 因为马氏体是碳在α铁中的过饱和固溶体，是一种 硬脆组织，发生断裂只需消耗较低的能量。 不同化学成分和形态的马氏体组织的冷裂敏感性不 同，如果出现的是板条状低碳马氏体，因Ms点较高， 转变后有自回火作用பைடு நூலகம்既有较高的强度又有足够的 韧性，抗裂性能优于含碳量较高的片状孪晶马氏体。 孪晶马氏体的硬度很高，韧性也很差，对冷裂纹特 别敏感。
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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屈服点σs。 2)组织应力 高强度钢奥氏体分解时，析出铁素体、珠光体、马氏体等 组织，由于它们具有不同的膨胀系数，引起了局部体积变 化，从而产生组织应力。 3)拘束应力 指的是接头受到外部刚性拘束，焊件收缩不自由而引起的 应力。它的大小与结构的厚度和拘束度等合关。
图4.8 三种冷裂纹示意图 43 1——焊趾裂纹，2——根部裂纹，3——焊道下裂纹
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二、冷裂纹的特征及产生机理 1、产生延迟裂纹的三个基本要素 ① 钢材的淬硬倾向 ② 焊接接头中的氢含量及其分布 ③ 焊接接头的拘束应力状态 产生延迟裂纹的孕育期： 决定于焊缝金属中扩散氢的含量与焊接接头 所处的应力状态的交互作用。 相应于某一应力状态，焊缝金属中含氢量愈 高，裂纹的孕育期愈短，裂纹倾向就愈大。 当应力状态恶劣，拉应力水平高时，即使含 氢量比较低，经过不长的孕育期，即有裂纹产生。
图4.9 氢在铁中的溶解度与温度的关系
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焊接裂纹案例
焊接裂纹案例
焊接裂纹是焊接过程中常见的缺陷之一，它是指焊接接头或焊缝中出现的裂纹。
焊接裂纹的出现可能影响焊接接头的强度和密封性能，因此是需要予以修复或避免的。
以下是一些常见的焊接裂纹案例：
1. 热裂纹：在焊接过程中，由于焊缝附近的材料受到高温热输入和冷却收缩的影响，可能发生热裂纹。
这种裂纹通常发生在焊接处附近的高应力区域，如焊接金属的变形区域或熔融区域。
2. 冷裂纹：冷裂纹是焊接后在冷却过程中出现的裂纹。
它通常是由于焊接接头的残余应力和局部凝固收缩引起的。
冷裂纹可能发生在焊接缺口处或焊缝附近的低温区域。
3. 热裂纹和冷裂纹的组合：在某些情况下，焊接接头可能同时出现热裂纹和冷裂纹。
这种组合形式的裂纹通常发生在高应力区域、冷却速度较快的区域和残余应力较大的区域。
4. 氢致裂纹：在焊接过程中，如果焊接金属中存在大量的氢气，它可能会导致氢致裂纹的形成。
这种裂纹通常在焊缝附近出现，并且沿着晶界或金属的弱点扩展。
5. 疲劳裂纹：疲劳裂纹是由于循环载荷引起的，通常出现在焊接接头的应力集中区域。
它们最初可能很小，但随着时间的推移，可能会扩展并导致接头失效。
上述案例只是焊接裂纹的一部分，实际情况可能更加复杂。
为了避免焊接裂纹的出现，可以采取一些措施，如选择适当的焊接材料、控制焊接工艺参数、预热工件和后续热处理等。
此外，焊接操作人员的经验和技术水平也对避免焊接裂纹至关重要。
焊接裂纹的相关基础知识
焊接裂纹的相关基础知识一、焊接裂纹概述焊接裂纹是焊接过程中一种常见的缺陷，它是指在焊接接头中出现的裂隙。
这种裂纹的产生通常是由于焊接过程中的热循环和应力作用导致的。
焊接裂纹对焊接接头的强度和可靠性产生严重影响，因此防止焊接裂纹的产生是焊接工作中一项重要的任务。
二、焊接裂纹类型1.热裂纹：热裂纹是指在焊接过程中，由于熔池中的杂质和凝固过程中的收缩应力作用，导致在焊缝中心出现的裂纹。
热裂纹通常发生在焊缝冷却过程中，由于凝固收缩而受到拉应力的作用，从而产生裂纹。
2.冷裂纹：冷裂纹是指在焊接完成后，由于材料淬火、应力集中等因素导致的裂纹。
冷裂纹通常发生在高强度钢、铝合金等材料中，由于这些材料具有较大的淬硬倾向，因此在焊接过程中容易产生冷裂纹。
3.再热裂纹：再热裂纹是指焊接完成后，在一定温度范围内再次加热时出现的裂纹。
再热裂纹通常发生在某些合金材料中，如不锈钢、镍基合金等，与材料的成分、微观结构和残余应力等因素有关。
三、焊接裂纹产生原因1.材料因素：材料的选择对于防止焊接裂纹的产生至关重要。
一些材料具有较大的淬硬倾向，容易产生冷裂纹；而一些材料在高温下容易产生脆化现象，导致热裂纹的产生。
因此，在选择焊接材料时，应根据材料的特性选择合适的焊接材料和工艺参数。
2.焊接工艺因素：焊接工艺的选择不当也是导致焊接裂纹的重要原因之一。
例如，焊接电流过大或过小、电弧电压过高或过低、焊接速度过快或过慢等都会影响焊缝的质量；此外，预热、层间温度控制不当也会导致冷裂纹的产生。
3.结构因素：结构的设计和控制对于防止焊接裂纹的产生也非常重要。
例如，接头形式设计不合理、焊缝过度集中、结构设计不合理等都会导致应力集中和变形，从而产生裂纹。
四、焊接裂纹的防止措施1.选择合适的焊接材料和工艺：根据材料的特性和要求选择合适的焊接材料和工艺参数，以减少焊接裂纹的产生。
例如，对于高强度钢、铝合金等材料，应选择低氢型焊条、预热和后热等措施来减少冷裂纹的产生；对于不锈钢、镍基合金等材料，应选择合适的填充材料和工艺参数来减少再热裂纹的产生。
焊接裂纹冷裂纹
（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。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”。
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，直至成为宏观裂纹。
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由此看来，氢 所诱发的裂纹， 从潜伏、萌生、 扩展，以至开 裂是具有延迟 特征的。 因此，可以说 焊接延迟裂纹 就是由许多单 个的微裂断续 合并而形成的 宏观裂纹。
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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、
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
（三）焊接接头的应力状态 延迟裂纹的产生不仅决定钢的淬硬倾向和氢的有 害作用，而且还决定于焊接接头所处的应力状态： 1．不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力。球 罐点焊焊缝，加热时开裂。 2．金属相变时产生的组织应力。 3．结构自身拘束条件所造成的应力
高强钢焊接时产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之 后受氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束应力的 作用下产生了裂纹。
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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1.原因：1.1材料的选择不当：焊接材料的化学成分不合适，或者材料含有较高的残留应力，容易导致冷裂纹的生成。
1.2焊接过程中的热输入不合适：焊接过程中产生的热量和焊接速度不合理，容易造成焊缝和母材之间的温度差异，从而导致冷裂纹的生成。
1.3焊接残余应力：焊接后，热量的收缩导致焊缝和母材之间的残余应力，这些应力容易导致冷裂纹的生成。
1.4接缝设计不合理：接缝的形状和尺寸设计不合理，例如锯齿形的接头，容易导致应力集中，增加冷裂纹的风险。
1.5焊接过程中的不合理操作：焊接过程中出现的不合理操作，例如焊接速度太快或太慢，焊接温度不稳定，都会增加冷裂纹的发生风险。
2.防止措施：2.1合理选择焊接材料：选择合适的焊接材料，确保化学成分符合要求，并且没有过高的残余应力。
2.2控制热输入：控制焊接过程中的热输入，一方面要保证足够的热能输入，使焊缝和母材温度均匀，另一方面要避免过高的热输入，以免造成过大的残余应力。
2.3使用预热和后热处理：对于容易产生冷裂纹的材料和结构，可以采用预热和后热处理的方法来减少焊接过程中的残余应力。
2.4设计合理的焊缝：在设计焊缝时，应尽量避免锯齿形的接头，可以采用圆弧形或其他形状，以减少应力集中。
2.5严格控制焊接过程参数：焊接过程中应严格控制焊接速度、焊接压力和焊接温度等参数，确保稳定和合理的焊接条件。
2.6检测和治理裂纹：焊接后应对焊缝进行严格的裂纹检测，如超声波检测、磁粉检测等，一旦发现裂纹，应及时采取治理措施，包括打磨、退火或重新焊接等。
2.7人员培训和操作规范：通过人员培训，提高焊接人员的技术水平和操作规范，减少不合理操作的发生，从而减少冷裂纹的产生。
总结起来，焊接冷裂纹的产生主要是由材料的选择不当、焊接过程中的热输入不合适、焊接残余应力、接缝设计不合理和焊接过程中的不合理操作等原因造成的。
为了防止焊接冷裂纹的产生，应选择合适的焊接材料、控制热输入、使用预热和后热处理、设计合理的焊缝、严格控制焊接过程参数、检测和治理裂纹，并加强人员培训和操作规范。
焊接裂纹产生的原因
焊接裂纹产生的原因一、前言焊接裂纹是焊接过程中常见的缺陷之一，不仅会影响焊接质量，还会降低焊接件的使用寿命和安全性能。
因此，了解焊接裂纹产生的原因对于提高焊接质量和保障工程安全具有重要意义。
二、焊接裂纹的定义和分类1. 定义：焊接裂纹是指在焊缝或热影响区域中形成的裂纹，通常是由于热应力或残余应力引起的。
2. 分类：根据产生位置和形态特征，可以将焊接裂纹分为以下几种类型：（1）熔合裂纹：在熔池中形成的细小裂缝。
（2）固化裂纹：在焊缝凝固时形成的裂缝。
（3）冷裂纹：在低温环境下形成的裂缝。
（4）热裂纹：在高温环境下形成的裂缝。
三、焊接裂纹产生的原因1. 焊材问题（1）含水氢问题：水氢是影响金属材料强度和塑性最主要的元素之一，它会导致焊接裂纹的产生。
因此，焊接前必须保证焊材的含水氢量符合标准要求。
（2）夹杂物问题：夹杂物是金属中不可避免的缺陷之一，如果夹杂物过多或分布不均匀，会增加焊接裂纹的产生风险。
2. 焊接工艺问题（1）预热问题：预热是为了减少焊接残余应力而采取的措施。
如果预热温度不足或时间不够，则会导致焊接裂纹的产生。
（2）冷却速率问题：冷却速率过快会导致焊缝内部应力过大，从而引起热裂纹；而冷却速率过慢则容易形成固化裂纹。
（3）电流密度问题：电流密度过大会导致焊缝温度过高，从而引起热裂纹；而电流密度过小则容易形成固化裂纹。
（4）气体保护问题：气体保护是为了防止氧化、污染和外界环境对焊缝造成影响。
如果气体保护不到位，则会导致焊缝中夹杂物增多，从而增加焊接裂纹的产生风险。
3. 焊接材料和工件问题（1）材料厚度问题：焊接厚板时，由于板材内部残余应力较大，容易形成热裂纹。
（2）材料硬度问题：如果焊接的两个工件硬度差别较大，则在焊接过程中容易产生残余应力，从而引起焊接裂纹的产生。
（3）材料组织问题：如果焊接的两个工件组织不同，则在焊接过程中容易产生残余应力，从而引起焊接裂纹的产生。
四、结论综上所述，影响焊接裂纹产生的因素很多，其中包括了焊材、工艺和材料等方面。
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。
冷裂纹产生的原因
冷裂纹产生的原因问题一：冷裂纹的产生原因金属材料焊接产生裂纹的原因，谈谈我自己的看法1、就是焊缝组织冷却过程中收缩产生的应力超过了熔池金属的抗拉强度2、焊缝表面结晶过程中，由于析出低熔点共晶物，脆性较大，焊缝收缩过程产生裂纹预防措施： 1、坡口制备，必须严格按照WPS要求，有时候为了弥补工人的失误，把坡口间隙调整到很大，显然，这样的坡口待焊接完一层后，由于面积过大，热量散失很快，凝固速度很快，容易产生裂纹2、预热，严格按照WPS要求，温度比较低及厚板环境下，热量散失也很快，必要的预热是需要的3、焊材匹配，尽量选用同母材强度匹配的焊接材料；4、焊材烘烤，严格按照公司焊接材料管理制度要求进行烘烤，避免潮湿状态下的H致裂纹5、打磨去除表面的裂纹，不得试图用熔合的方式去除裂纹6、焊接到一定厚度时应使用锤击的方式部分消除应力，防止最终应力过大导致裂纹产生个人总结，不全面。
个人以为够用了。
问题二：产生冷裂纹的因素有哪些冷裂纹产生的原因是:(1)焊缝中的氢在结晶过程中要向热影响区扩散、聚集。
(2)如果被焊材料的淬透性较大，则焊后冷却下来时，在热影响区形成马氏体组织，其性脆而硬。
(3)焊接时的残余应力。
这三个因素(氢、淬硬组织和应力)的综合作用，就会导致冷裂纹的产生。
氢在金属里的扩散速度有快有慢，因此冷裂纹产生的时间也不同。
有的在焊后冷却过程中产生，有的甚至放置一段时间后才产生，故又称为延迟裂纹。
防止冷裂纹的措施有:(l)焊前预热和焊后缓冷。
(2)采用减少氢的工艺措施。
(3)合理选用焊接材料。
(4)采用适当的工艺参数。
(5)选用合理的装焊顺序。
(6)进行焊后热处理。
问题三：冷裂纹产生的原因是什么产生原因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问题四：简述焊接热裂纹和焊接冷裂纹的形成机理并比较它们各自的特点。
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5.3 焊接冷裂纹
热裂纹 (%)
3 5 2 0 0
10
冷裂纹 (%)
6 25 43 9 7
90
总计
9 30 45 9 7
100
5.3 焊接冷裂纹
1 冷裂纹的一般特征
产生温度：在焊后冷却过程中，Ms点附近或200～ 300℃以下温度区间（低温）
产生的钢种和部位：主要发生在高、中碳钢，低、中 合金高强钢的热影响区，有时合金元素多的超高强钢、 Ti合金的焊缝区（高强、高应力）
（2）晶格缺陷 随着热应变量增加，位错密度也随之增加，在应
力作用下位错发生移动和聚集，当它们的浓度达到一 定临界值后，就会形成裂纹源，在应力作用下，扩展 形成宏观裂纹。
5.3 焊接冷裂纹
②氢的作用 氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的重要因素 之一，且具有延迟的特征。由氢引起的延迟裂纹 称为氢致裂纹（也称氢诱发裂纹、氢助裂纹） • 氢在焊缝金属中的溶解与扩散 • 金属组织对氢的扩散影响 • 氢在致裂过程中的动态行为 • 氢致裂纹开裂机理
裂纹的走向：沿晶、穿晶（脆断） 产生时间：可焊后立即出现，也有时要经过一段时间
（几小时，几天甚至更长）才出现（延迟性）
5.3 焊接冷裂纹
2 冷裂纹的种类 延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它并不是 焊后立即出现，因此危害性更大。 常见的三类延迟裂纹： • 焊趾裂纹 • 焊道下裂纹 • 根部裂纹(焊根裂纹)
5.3 焊接冷裂纹
5.3 焊接冷裂纹
5.3 焊接冷裂纹
③焊接接头的拘束应力状态 在焊接条件下主要存在以下几种应力： a、不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力 b、金属相变时产生的组织应力 c、结构自身拘束条件所造成的应力 焊接拘束应力的大小可用拘束度R表示。 R的定义为：使焊接接头根部间隙弹性位移单位 长度时，单位长度焊缝所受的力的大小。
5.3 焊接冷裂纹
4 1影、响影因素响及因防素止措施
钢种化学成分的影响 拘束应力的影响 氢的有害影响 焊接工艺的影响
（线能量、预热、焊后后热、多层焊）
5.3 焊接冷裂纹
防止冷裂纹的途径：
①冶金措施 • 冶炼技术上：采用低碳微量多合金、降低钢中杂质 • [H]↓选用低氢焊接材料、低氢焊接方法如CO2焊 • 控制氢的来源，烘干焊条消理焊件焊丝 • 加入某些合金元素，提高塑性/韧性 • 采用奥氏体焊条焊接某些淬硬倾向较大的中、低合
金高强钢，避免冷裂纹
5.3 焊接冷裂纹
②工艺方面 • 选择合适的焊接线能量。q↑、V冷↓、t100↑减少裂，
但有晶粒粗大现象 • 预热 冷却速度↓[H]外逸 • 后热[H]↓消氢处理350℃保温1—2小时，使氢外逸
ห้องสมุดไป่ตู้对于需要较高预热温度的中碳钢、高碳钢及中碳调 质高强钢，如果由于形状复杂或需要在结构内部施 焊等因素要避免高温预热时，采用后热并配合低温 的预热特别见效。
熔L焊O原G理O
5.3 焊接冷裂纹
5.3 焊接冷裂纹
焊接冷裂纹主要发生在中高碳钢、合金钢等的热影响区 和厚板多层焊的焊缝中，并发生在拘束度较大的T形接 头和十字形接头应力集中较大的接头上。一般在焊后出 现，不易发现。
钢结构(桥梁结构)的焊接裂纹事故统计(65 例)
接头形式 角接头 丁字接头 十字接头 斜接头 对接接头 总计
5.3 焊接冷裂纹
3 焊接冷裂纹的机理
高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素： ① 钢种的淬硬倾向 ② 焊接接头的含氢量及其分布 ③ 焊接接头的拘束应力状态 高强钢焊接时产生冷裂纹的机理： 钢种淬硬后受氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束 应力的作用下产生裂纹。
5.3 焊接冷裂纹
1、钢种的淬硬倾向
①钢种的淬硬倾向 主要决定于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。 钢种的淬硬倾向越大，越易产生裂纹，其原因为： 形成脆硬的马氏体组织 淬硬会形成更多的晶格缺陷