焊接 热裂纹形成原理影响因素及防止措施
合金系 Fe-S Fe-P Fe-Si Fe-Sn Fe-Ti Ni-S Ni-P
Ni-B Ni-Al Ni-Zr Ni-Mg
共晶成分（质量分数/%）
Fe，FeS（S31）
Fe，Fe3P（P10.5） Fe3P，FeP（P27） Fe3Si，FeSi（Si20.5） Fe，FeSn（Fe2Sn2，FeSn）
1、凝固裂纹
金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象， 称为凝固裂纹或结晶裂纹。其形成与凝固末期晶间存在的 液膜有关，断口具有沿晶间液膜分离的特征。裂纹无金属 光泽，有明显的氧化色彩。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
液化裂纹的形成机理
液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，一般认为是 由于热影响区或多层焊层间金属奥氏体晶界上的低熔点共 晶，在焊接高温下发生重新熔化，使金属的塑性和强度急 剧下降，在拉伸应力作用下沿奥氏体晶界开裂而形成的。
二氧化钛 35-45
钛铁矿
0-25
铁合金
10-15
有机物
0-3
2. 熔渣碱度 0.55-0.80
低氢型
1. 药皮组成物用量范围 （％）
硅酸盐
<12
碳酸盐
25-55
二氧化钛
0-5
氟化物
15-30
铁合金
15-25
2. 熔渣碱度 1.6-2.2
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
热 处 理 强 化 铝 合 金 焊 缝 中 的 结 晶 裂 纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
奥氏体
液态薄膜
奥氏体
铁素体
a)
b)
图11-55 δ相在奥氏体基底上的分布
a）单相奥氏体 b）δ＋γ
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
（二）工艺因素对热裂纹的影响
焊接、铸造 工艺参数
温度场分 布及变化
凝固组织形态 与偏析程度
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
第五节 热裂纹
在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的 原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙 称为裂纹。金属在加工和使用过程中，可能会出 现各种裂纹，如热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层 状撕裂和应力腐蚀裂纹等。裂纹是可以引发灾难 性事故的、危害最大的一类缺陷。
（Sn48.9）
Fe，TiFe2（Ti16） Ni，Ni3S2（S21.5）
Ni，Ni3P（P11） Ni3P，Ni2P（P20）
Ni，Ni2B（B4） Ni3B2，NiB（B12） γNi，Ni3Al（Ni89） Zr，Zr2Ni（Ni17） Ni，Ni2Mg（Ni11）
共晶温度/℃ 988 1050 1260 1200
加钢结中晶碳温含度量区增间加，时并，且M随n着的碳加
T/ ℃
含入量量的也增要加相，应初生增相加可。由当δwC相＜ 转0为.16γ％相时。，由w于Mn硫/wS和＞磷25在即γ可相防 中止的热溶裂解纹度的比产在生δ。相但中是低当很多wC， 如＞果0初.16生％相（为包γ晶相点，）则时析，出磷的的
硫有和害磷作就用会将富超集过于硫晶，界此，时从再而增 增加加w凝Mn固/w裂S比纹值倾对向防。止热裂纹已
合金元素和杂质元素的影规划教材 《材料成形基本原理》
1．凝固温度区的影响
凝固温度区增大 温 度 /℃
脆性温度区范围增大
凝固裂纹的倾向增大
裂 纹
倾
向
合金相图与结晶裂纹 /%
wB /% wB /%
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
TB－脆性温度区 TH－TB上限 TS'－TB下限
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
三、热裂纹的影响因素及防止措施 冶金因素 工艺因素 防止热裂纹的措施
结晶裂纹倾向试验
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
（一）影响热裂纹倾向的冶金因素
凝固温度区的影响
轴向弯断，观察断面上有无裂纹并测量
裂纹长度。
按右式计算裂纹率： C F
1F LF
100 %
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
结构钢焊条药皮配方
钛钙型
1. 药皮组成物用量范围（％）
硅酸盐
25-40
碳酸盐
15-22
硫和磷 是钢中最有害的杂质元素，在各种钢中都会增加
热裂纹倾向。它们既能增大凝固温度区间，与其他元素形成 多种低熔点共晶，又是钢中极易偏析的元素。
Ni、C 与 Mn 的影响
合金元素对热裂纹的影响已建立了一些定量判据，如热裂纹 敏感系数 HCS 、临界应变增长率 CST 等。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
ε＝ f (T)
随TB温内度的下应降变，增应长变率ε∂ε增/大∂T。 越大，越容易ε产,δ生裂纹。
应工线表ε－变艺示2 应所增因。变对图长素CS应率有1T1的δ与 关-越－4∂材 。8大塑ε质/，∂性产T有材生关为料T，凝临对L－还界热固液与应裂裂相焊变纹纹线接增敏的规长感T条范率性S－、，越件固拘用小相束“。线程CS度T等”
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、热裂纹的分类及特征 二、热裂纹的形成机理 三、热裂纹的影响因素及防止措施
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、热裂纹的分类及特征
凝固裂纹 液化裂纹 高温失延裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
由缝公在式焊根可接部见中间：拘隙刚束度产性的生大定单（义弹位为性长平模度板量位对E移接大所或接需板头厚要单δ的大位力）长或。度拘接焊头束 距离的拘L束小度的与焊拘接束结应构力，大拘小束，度可与近拘似束地应用力经高验，公裂式纹计倾算向：大。
R E
L
mR
l
F
F
m 是转换系数，与钢的线胀 系数、比热容、接头坡口形式 和焊接方法等因素有关。
液化裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
高温失延裂纹的形成机理
在固相线以下的高温阶段，金属处于不断增长的固相收缩应力作用之 下，变形方式主要是依靠位错或空位沿着晶界的扩散、移动进行。当沿晶 界的扩散变形遇到障碍时（如三晶粒相交的顶点），就会因应变集中导致 裂纹。空穴开裂理论认为晶界滑动和晶界迁移同时发生，两者共同作用可 形成晶界台阶，进而形成空穴并发展成微裂纹。
裂纹
TL TH
TB
TS TS'
δ
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《材料成形基本原理》
T/℃
TL
TH
δmin
δ＝Φ(T)
TB
TB内金属的塑性 δmin越低，产生热 裂纹的倾向越大。
脆性温度区 TB 越T大S，收缩应力
1
2
的 量作 越用 大3 时 ，间形成就热越裂长T纹，S的产' 倾生向的越应大变。
1120
1340 645 880 1106 1140 990 1385 961 1095
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
碳锰在具钢有中脱是硫影作响用热，裂同纹时的也主能要改
元善素硫，化并物能的加形剧态硫，﹑使磷薄及膜其状他改 温 元变素为的球有状害，作提用高。金碳属能的明抗显裂增性。度
σ
A C
裂纹
B
τ
τ
σ
A
τ
τB
A
τ
微裂纹
Bτ
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
二、热裂纹的形成机理
液态金属 凝固结晶
液固状态 固液状态
偏析
低熔点共晶 液态薄膜
脆性温 度区间
拘束
凝固收缩
应力与应变
凝固 裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
T/℃
δ＝Φ(T)
结构形式与 拘束程度
结晶应力 与应变
凝固 裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
（三）防止热裂纹的措施
以上两类因素中，哪些因素可以进行控制呢？
总体来看：冶金因素的影响在铸造熔炼过程中 比较容易实现控制，而在焊接工艺过程中只能通 过对焊材与焊接工艺参数选择来限制热裂纹。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
δ L
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
结晶裂纹倾向试验
φ4直径 J422、J507 和 J427-FeS
（自制）焊条
各4~6根
200×120×12mm低碳钢板
焊接电流：100A；电弧电压：24V； 焊接速度：150mm/min。
焊后约10分钟将试件从试验装置中取 出。试件冷却到室温后，将试件沿焊缝
无意义。
wC/% 图11-54 Fe-C 相图的高温部分
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
3．凝固组织形态的影响
晶粒的大小﹑形态和方向及析出的初生相对抗裂性都有 很大影响。晶粒越粗大，方向性越明显，产生热裂纹的倾 向就越大。
金属中加入某些合金元素（如Ti、Mo、V、Nb等）使 晶粒细化，既可破坏液态薄膜的连续性，又可打乱枝晶的 方向性，从而提高金属的抗裂性。
温 度 T/ ℃
a）
b）
c）
d）
图11-53 二元合金相图与凝固裂纹倾向的关系
a）完全互溶 b）有限固溶 c）机械混合物 d）完全不固溶 虚线－凝固裂纹倾向的变化
焊接热裂纹产生的原因及解决方法
焊接热裂纹产生的原因及解决方法焊接裂纹是最危险的焊接缺陷,严重地影响着焊接结构的使用性能和安全可靠性,许多焊接结构的破坏事故,都是焊接裂纹引起的。
裂纹除了降低焊接接头的强度外,不因裂纹的末端有一个尖锐的缺口,将引起严重的应力集中,促使裂纹的发展和焊接结构破坏。
根据形成焊接裂纹的温度可分为热裂纹和冷裂纹,根据裂纹发生的位置可分为焊缝金属中的裂纹和热影响中的裂纹。
热裂纹在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。
1)热裂纹的形成在焊缝金属中的热裂纹也称为凝固裂纹。
由于被焊接的材料大多都是合金,而合金凝固自开始到最终结束,是在一定的温度区间内进行的,,这是热裂纹产生关系到的基本原因。
焊缝金属中的许多杂质的凝固温度都低于焊缝金属的凝固温度,这样首先凝固的焊缝金属把低熔点的杂质推挤到凝固结晶的晶粒边界,形成了一层液体薄膜,又因为焊接时熔池的冷却速度很大,焊缝金属在冷却的过程中发生收缩,使焊缝金属内产生拉应力,拉应力把凝固的焊缝金属沿晶粒边界拉开,又没有足够的液体金属补充时,就会形成微小的裂纹,随着温度的继续下降,拉应力增大,裂纹不断扩大,这就是凝固裂纹。
当焊缝金属中含有较多的低熔点杂质时,焊缝金属极易产生凝固裂纹,母材和焊接材料中含有害杂质,特别是硫。
硫在钢中与铁化合形成硫化亚铁(FeS),硫化亚铁义与铁发牛反应形成一种共晶物质,凝固温度为988°远低丁钢铁的凝固温度,所以硫足引起钢材焊缝金属中发生凝固裂纹的最主要的元素。
另外,钢材中含碳量较高时,有利于硫在晶界处富集,因而也是促进形成凝固裂纹的原因,所以采用含碳量低的焊接材料有利于防止凝固裂纹的产生。
在热影响区熔合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或称热撕裂。
多层焊时,前一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区,所以液化裂纹也可能在焊缝层间的融化线附近产生。
液化裂纹产生的原因基本与凝固裂纹相似。
这种裂纹可以成为冷裂纹的裂纹源,所以危害也很大。
焊接接头再热裂纹产生原因、措施及方法
焊接接头再热裂纹产生原因、措施及方法再热裂纹的形成主要是由于焊接接头中的低合金高强钢材料中含有较多碳化物形成元素（如Cr、Mo、V），并且这些元素能够产生沉淀碳化物，从而导致焊后消除应力热处理过程中产生再热裂纹。
这种裂纹的形成机理在于晶内强度很大而晶界强度较弱，在应力松弛时的形变集中加在了晶界上，一旦晶界应变超出了晶界的强度极限，就会导致沿晶界开裂产生裂纹。
再热裂纹的预防措施为了预防再热裂纹的产生，需要采取以下措施：1.选择合适的焊接工艺和焊接材料，以减少裂纹的产生。
2.控制焊接接头的热输入和焊接过程中的温度，以减少应力的产生。
3.进行适当的后热处理，以减少残余应力和提高焊接接头的强度。
4.在焊接前进行材料的预热，以减少焊接接头中的应力和裂纹的产生。
再热裂纹的检验方法为了检验焊接接头中是否存在再热裂纹，可以采用以下方法：1.利用显微镜观察焊接接头的金相组织和裂纹情况。
2.采用磁粉探伤或超声波检测等无损检测方法，以检测焊接接头中是否存在裂纹。
3.进行拉伸试验和冲击试验，以检验焊接接头的强度和韧性是否符合要求。
总之，再热裂纹的产生是低合金高强钢焊接性要解决的主要问题之一，为了预防和检验再热裂纹的产生，需要采取相应的措施和方法。
微观检验是管道和部件质量检验的重要环节，包括浸蚀前和浸蚀后的检验。
浸前主要检查试样是否存在裂纹、非金属夹杂物和制样过程中的缺陷；浸蚀后主要检验试样的显微组织。
观察时，应先用显微镜的低倍率观察组织全貌，需要观察细微组织时再选用适宜的高倍率。
管道和部件的微观检验主要包括以下几个方面：a、鉴别材料中非金属夹杂物和显微裂纹的类型，观察其形态和分布，测量其数量和大小；b、鉴别被检件显微组织的组成，各种组织的形貌、分布和数量。
对晶粒度、带状组织、非金属夹杂物、XXX组织、球化组织、脱碳层等作出评定；c、鉴别组织特征，判定热处理工艺状态，必要时为重新制定热处理工艺提供依据；d、鉴别以上缺陷与所检裂纹之间的关联。
焊接热裂纹产生机理影响因素及防治措施
因素）如 FeS 熔点 1190℃， Ni3S2 熔点为 645℃， Fe3P 熔 点为 1160℃造成晶界局部熔化
2）、近缝区存在晶间液膜（低熔点共晶体）（主要因素） 低熔点共晶体一般组成物为 S、P 等杂质，碳化物如 NbC、M6C、MC 碳氮化合物、硼化物等。 在较大焊接线能下的焊接条件下，由于不平衡的快速加 热过程，近缝区的晶界发生迁移，晶界恰好与富集溶质 部位重合时，晶界显著发生偏析，易发生液化现象，晶 间液膜主要形成于晶界碳化物 MC 或 MbC 的周围部 位。在焊接快速加热时，MC 趋向分解并向基体扩散， 但时间不充分，在 MC 周围富集浓度高的溶质元素， 与基体小反应而形成低熔点共晶，从而产生液化裂纹的 现象。 例如 18—8Nb 是奥氏体不锈钢，其中含 Nb 由于 Nb 易 偏析元素，晶界上集富较多的 NbC、NbC 与 Fe发生 共晶反应，使晶界在 1340℃～1350℃发生液化，比实 际固相线温度低 70℃。 3、 影响因素 1）、化学成分 2）、工艺因素 4、 防止措施 1）、控制 S、P 等杂质含量 如采用电渣精炼的方法，去除合金中的杂质。 2）、焊接工艺上，采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化
固相晶粒之间和固液之间表面张力的平衡关系为
SS
2 SL
cos 2
SL —固体晶粒与残液之间的表面张力
SS —固体晶粒之间的表面张力
—固相与液相的接触角
当 SL 越小 越小
SL / SS =0.5 =0 残液在固体晶粒以薄膜存在裂↑
=180°残液以球状形态分布裂↓
④一次结晶组织形态及组织对结晶裂纹的影响
就慢，加入焊缝中一些提高多边化过程激活能的元素，
可有效阻止多边化过程，如加入（钽、钼、钨、钛）高
温 相存在也会阻碍位错移动，也可阻止二次晶界形成
热裂纹的主要产生原因及预防措施
一、什么是热裂纹热裂纹是在高温和熔池凝固过程中产生的裂纹，是焊接过程中最常见的裂纹类型，从低碳钢、低合金高强度钢，到奥氏体不锈钢、铝合金和镍基合金等都有产生焊接热裂纹的可能。
热裂纹最常见于焊缝中心，属于结晶裂纹，其形成过程主要与低熔点共晶物和拉应力有关。
二、影响热裂纹的主要因素1、焊缝金属的化学成分焊缝金属中C、S、P、Cu、Zn等低熔点元素及其化合物较多时，会促使形成热裂纹。
在焊缝凝固过程期间，这些低熔点物质容易在焊缝中央聚集偏析，当焊缝边缘结晶凝固时，焊缝中心晶粒间杂质仍处于液态膜状态，在焊缝收缩产生的应力作用下产生裂纹。
2、焊缝横截面形状当焊缝深度比宽度大时，会使凝固颗粒增长垂直于焊接中心，容易产生热裂纹，特别是高熔深的埋弧焊和药芯焊丝气保焊用于厚板窄间隙焊接时更容易发生。
建议焊道宽深比（焊缝宽度/焊缝深度）在1~1.4之间有利于提高抗裂性。
此外，凹形焊缝比凸形焊缝更容易产生裂纹，而高电压、焊接速度过快是凹形焊缝的主要成因，应尽量避免。
3、焊接应力焊件刚性大，装配和焊接时产生较大的焊接应力，会促使形成热裂纹。
三、预防热裂纹的主要措施1、冶金控制方面（1）控制焊缝中有害杂质含量严格限制母材和焊接材料中的C、P、S等有害杂质含量。
（2）改善焊缝结晶组织碳钢和低合金钢主要通过向焊缝添加某些合金元素,如Mo、V、Ti等，以改变结晶组织形态，细化晶粒从而提高抗裂性。
不锈钢则通过加入Cr、Mo等铁素体形成元素，使焊缝中形成适量铁素体，以减少P、S等有害元素在晶界上的分布，同时细化晶粒，从而有效防止裂纹产生。
（3）限制稀释率对于一些易于向焊缝转移某些有害杂质的母材，焊接时必须尽量减少稀释率，如开大坡口、减小熔深、堆焊隔离层等，尤其是中碳钢、高碳钢以及异种金属焊接时。
2、应力控制方面（1）选择合理的接头形式（2）确定合理的焊接顺序总体原则是尽量使大多数焊缝在较小的刚度条件下焊接，避免焊接结构产生较大的拘束应力。
焊接热裂纹的产生原因及防止方法
一、热裂纹产生的原因分析1、焊缝中杂质和拉应力的存在因为焊缝中的杂质在焊缝结晶过程中会形成低熔点结晶。
原因是低熔点共晶物的存在.结晶时被推挤到晶界上，形成液态薄膜，凝固收缩时焊缝金属在拉应力作用下,液态薄膜承受不了拉应力而形成裂纹。
热裂纹就轻易在焊缝金属中产生.所以要控制焊缝金属杂质的含量，减少低熔点共晶物的天生。
同时由此可见结晶裂纹的产生是低熔点共晶体和焊接拉应力共同作用的结果，二者缺一不可。
低熔点共晶体是产生结晶裂纹的内因，焊接拉应力是产生结晶裂纹的外因。
2、焊缝终端部位温度的变化埋弧焊焊接时,当焊接热源靠近纵焊缝的终端部位时,焊缝端部正常的温度场将发生变化,越靠近终端其变化越大.由于引弧板的尺寸远比筒体小,其热容量也小得多,而熄弧板与筒体之间只靠定位焊连接,故可视为大部门不连续.所以终端焊缝部位的传热前提是很差的,致使该部位局部温度升高,熔池外形发生变化,熔深也将随之变大,同时熔池在高温下停留的时间也变长,熔池凝固的速度变慢,尤其当熄弧板尺寸过小、熄弧板与筒体之间的定位焊缝过短、过薄时更为明显. 焊缝外形对结晶裂纹的形成有显著的影响。
熔宽与熔深比小易形成裂纹，熔宽与熔深比大抗结晶裂纹性较高。
3、焊接线能量的影响因为埋弧焊所采用的焊接热输入量往往比其他焊接方法要大得多,焊接线能量的大小直接影响到焊缝的成形，而焊缝的成形外形又直接决定着焊缝凝固后的晶粒分布和低熔点共晶体的存在位置及受力情况，因而对结晶裂纹产生与否影响较大。
另外,焊缝的横向收缩量远比间隙的张开量要小,使终端部位的横向拉伸力比其他焊接方法要大.这对开坡口的中厚板和不开坡口的较薄板尤为明显.4、其他情况如存在强制装配,装配质量不符合要求.二、焊缝裂纹的性质及特点终端裂纹形成的部位有时为终端,有时为距终端四周地区150mm范围内,有时为表面裂纹,有时为内部裂纹,而大多数情况是发生在终端四周的内部裂纹.裂纹与焊缝的波纹线相垂直，露在焊缝表面的有显著的锯齿外形。
焊接裂纹产生的原因及预防措施
焊接裂纹产生的原因及预防措施摘要裂纹是焊接结构最危险的一种缺陷，不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。
所以如何避免裂纹的产生是保证焊接质量的关键。
本文着重从焊接裂纹形成原因，影响裂纹生成的因素以及防止措施三方面进行探讨。
关键词热裂纹；冷裂纹；产生原因；预防措施0引言在焊接应力及其他致脆因素的作用下，焊接接头中局部区域因开裂而产生的缝隙称为焊接裂纹。
在焊接生产中出现的裂纹形式是多种多样的，根据裂纹产生的情况，可把焊接裂纹归纳为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂。
下面主要讨论较为常见的热裂纹和冷裂纹。
1热裂纹热裂纹是高温下在焊缝金属和焊缝热影响区中产生的一种沿晶裂纹。
热裂纹产生的原因焊接是一个局部加热的过程，液体由液态向固态转变的过程需要放热，体积缩小，焊缝金属凝固后，在冷却过程中处于放热状态，因此体积收缩。
但焊缝周围金属性能稳定，焊缝金属的收缩受到阻碍，因而使焊缝受到拉力作用。
在焊缝开始凝固、结晶时，液体流动性较小，因此产生的拉应力不会引起裂纹。
此时的液体金属可以在晶粒间自由流动，因而拉应力造成的晶粒间隙能被液体金属填满。
当温度继续下降时，柱状晶体继续生长，拉应力也逐渐增长。
之所以焊缝中的共晶体被柱状晶体推向晶界，聚集在晶界上，是因为焊缝中低熔共晶体的熔点比较低，凝固的时间晚。
在焊缝金属基本上都凝固时，小部分低熔点的金属还未完全凝固，在晶界上形成了一种“液体夹层”，拉应力在此时已经变的比较大了，然而液体金属本身强度很小，这大大减弱了晶粒间的结合。
在拉应力的作用下，柱状晶体之间的间隙被增大，低熔点液体金属这时填充不了被增大的空隙，因此产生了裂纹。
1.1由此可见，拉应力是产生热裂纹的外因，晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因，拉应力作用在低熔点共晶体处的晶界上而造成裂纹。
1.2影响生成热裂纹的因素1）合金元素的影响。
合金元素是影响热裂纹倾向最根本的因素，其中主要有以下几个：硫：硫在钢中能形成多种低熔点共晶体，同铁会形成FeS，FeS与铁以及FeS与FeO会形成低于钢熔点的共晶体，它们在焊缝结晶时聚集在晶界上，当焊缝金属大部分已凝固时，它尚未凝固，形成液态薄膜，因而增大热裂纹倾向。
焊接裂纹产生原因及防治
焊接裂纹产生原因及防治背景焊接裂纹就其本质来分,可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。
下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治办法进行具体的阐述。
1.热裂纹在焊接时高温下产生的,故称热裂纹,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(低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等),产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各不相同。
目前,把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边裂纹等三大类。
1)结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中(含S,P,C,Si缝偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。
这种裂纹是在焊缝结晶过程中,在固相线附近,由于凝固金属的收缩,残余液体金属不足,不能及时添充,在应力作用下发生沿晶开裂。
防治措施:在冶金因素方面,适当调整焊缝金属成分,缩短脆性温度区的范围控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量;细化焊缝金属一次晶粒,即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素;在工艺方面,可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度等方面来防治。
2)近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹,它的尺寸很小,发生于HAZ近缝区或层间。
它的成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属,在高温下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成物被重新熔化,在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。
这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的。
特别是在冶金方面,尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量是十分有效的;在工艺方面,可以减小线能量,减小熔池熔合线的凹度。
3)多边化裂纹是在形成多边化的过程中,由于高温时的塑性很低造成的。
这种裂纹并不常见,其防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
2、再热裂纹通常发生于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金(包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金,以及某些奥氏体不锈钢),他们焊后并未发现裂纹,而是在热处理过程中产生了裂纹。
焊接 热裂纹形成原理影响因素及防止措施
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、热裂纹的分类及特征 二、热裂纹的形成机理 三、热裂纹的影响因素及防止措施
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、热裂纹的分类及特征
凝固裂纹 液化裂纹 高温失延裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
结构形式与 拘束程度
结晶应力 与应变
凝固 裂纹
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
（三）防止热裂纹的措施
以上两类因素中，哪些因素可以进行控制呢？
总体来看：冶金因素的影响在铸造熔炼过程中 比较容易实现控制，而在焊接工艺过程中只能通 过对焊材与焊接工艺参数选择来限制热裂纹。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
1、凝固裂纹
金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象， 称为凝固裂纹或结晶裂纹。其形成与凝固末期晶间存在的 液膜有关，断口具有沿晶间液膜分离的特征。裂纹无金属 光泽，有明显的氧化色彩。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
液化裂纹的形成机理
液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，一般认为是 由于热影响区或多层焊层间金属奥氏体晶界上的低熔点共 晶，在焊接高温下发生重新熔化，使金属的塑性和强度急 剧下降，在拉伸应力作用下沿奥氏体晶界开裂而形成的。
裂纹
TL TH
TB
TS TS'
δ
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《材料成形基本原理》
T/℃
TL
TH
δmin
δ＝Φ(T)
TB
TB内金属的塑性 δmin越低，产生热 裂纹的倾向越大。
焊接热裂纹产生的原因
焊接热裂纹产生的原因一、引言焊接是现代工业生产中常用的加工方法之一。
在焊接过程中，热裂纹是一个常见的问题，会导致焊接件的损坏和失效。
因此，了解热裂纹产生的原因对于提高焊接质量和可靠性具有重要意义。
二、热裂纹的定义热裂纹是指在焊接过程中或后期使用过程中由于温度变化而引起的材料开裂。
它通常出现在高强度合金钢、不锈钢、铝合金等材料上。
三、热裂纹产生的原因1. 组织不均匀性组织不均匀性是导致热裂纹产生的主要原因之一。
当材料中存在缺陷或组织不均匀时，其内部应力分布也会不均匀。
在焊接过程中，由于受到加热和冷却的影响，这种应力分布会发生变化，从而导致材料出现开裂。
2. 焊接参数不当焊接参数包括电流密度、电压、速度等多个方面。
如果这些参数设置不当，就会导致局部过热或过快的冷却，从而引起热裂纹的产生。
3. 残余应力残余应力是指焊接后材料内部的应力。
在焊接过程中，由于加热和冷却的影响，焊接件内部会产生应力。
如果这些应力没有得到合理的处理，就会在后期使用中导致材料发生开裂。
4. 材料选择不当不同材料具有不同的物理性质和化学成分。
如果选择不当的材料进行焊接，就会导致组织不均匀、化学成分变化等问题，从而引起热裂纹的产生。
5. 焊接工艺不合理焊接工艺包括预热、焊接顺序、后续处理等多个方面。
如果这些工艺设置不当或者操作不规范，就会导致局部过热或者过快冷却等问题，从而引起热裂纹的产生。
四、热裂纹防治措施1. 优化组织结构通过对原材料进行特殊处理或者采用合适的退火工艺可以改善材料组织结构，并减少组织不均匀性带来的影响。
2. 合理设置焊接参数通过合理设置焊接参数，如电流密度、电压、速度等，可以控制焊接过程中的温度和冷却速度，减少热裂纹的产生。
3. 处理残余应力通过对焊接件进行退火或者热处理等工艺可以处理残余应力，并减少热裂纹的产生。
4. 合理选择材料在选择材料时应根据具体情况选择合适的材料，并进行必要的预热和后续处理等工艺，以减少热裂纹的产生。
焊接裂纹产生原因及防治措施
焊接裂纹产生原因及防治措施焊接裂纹是指在焊接过程中，焊缝或焊接接头出现的裂纹现象。
焊接裂纹的产生原因有很多，主要包括材料选择不当、焊接工艺参数不合理、应力集中、焊接变形等因素。
为了防止焊接裂纹的产生，需采取相应的防治措施。
一、材料选择不当是造成焊接裂纹的主要原因之一。
不同材料的热膨胀系数、熔点和强度等性质差异较大，若选择不当，会导致焊接时产生较大的残余应力，从而引发焊接裂纹。
因此，在焊接前应对材料进行仔细选择，确保焊接材料的相容性和相似性。
二、焊接工艺参数不合理也是引起焊接裂纹的重要原因。
焊接过程中，焊接电流、电压、速度等参数的选择不当，容易造成焊接热输入过大或过小，从而导致焊接裂纹的产生。
因此，需要根据焊接材料的厚度、形状和焊接位置等因素，合理调整焊接工艺参数，以减少焊接残余应力的产生。
三、应力集中也是焊接裂纹的重要原因之一。
焊接过程中，由于材料的热膨胀和收缩不均匀，会导致焊接接头处应力集中，从而造成焊接裂纹的产生。
为了减少应力集中，可以采取适当的预热和后热处理措施，使焊接接头的温度均匀分布，减少残余应力的产生。
四、焊接变形也是引起焊接裂纹的常见原因。
焊接过程中，由于热膨胀和收缩的影响，焊接接头会发生一定的变形，如果变形过大，就会产生焊接裂纹。
为了控制焊接变形，可以采用适当的夹具和焊接顺序，使焊接接头得到良好的约束，减少变形的发生。
为了预防焊接裂纹的产生，可以采取以下防治措施：1.合理选择焊接材料，确保材料具有相似的熔点和热膨胀系数，减少焊接时的残余应力。
2.合理调整焊接工艺参数，根据焊接材料的特性和焊接位置，确定合适的焊接电流、电压和速度等参数，以减少焊接热输入和残余应力。
3.采取适当的预热和后热处理措施，使焊接接头的温度均匀分布，减少应力集中和残余应力的产生。
4.采用适当的夹具和焊接顺序，控制焊接变形，减少焊接裂纹的发生。
5.进行焊接前的材料表面处理，确保焊接接头的清洁度和表面质量，减少焊接缺陷的产生。