影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
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。
冷焊原因和改善措施
冷焊的原因和改善措施主要涉及以下几个方面：
1. 母材熔化：焊接过程中，母材的大量熔化会导致焊缝部分成为高、中碳钢组织。
在冷却速度较快的情况下，这一区域可能形成淬火的马氏体组织。
2. 碳硅元素扩散：在半熔化区，母材中的部分碳硅元素会向焊缝扩散，导致该区域的碳硅含量降低，恶化石墨化条件，从而容易出现白口和裂纹。
3. 钢的收缩率大于铸铁：钢的收缩率大于铸铁，使得焊缝应力在冷却过程中加剧，导致焊缝与母材间容易产生开裂和剥离现象。
为了改善冷焊问题，可以采取以下措施：
1. 机械加强：在焊接部位采取机械加强措施，如栽丝、镶键、镶板等，以增强焊接接头的承载能力，分散焊接应力。
这种加强方式将焊接接头的承载能力提高，并且焊接应力被分散到具有良好塑性的钢质加强件上。
2. 控制冷却速度：根据实际情况调整冷却速度，以防止淬火马氏体组织的形成。
3. 优化焊接工艺：严格遵守冷焊工艺进行操作，并对焊接参数进行优化，以提高焊接质量。
4. 选择合适的焊接材料：根据母材和焊接要求选择合适的焊接材料，以保证焊缝的碳硅含量和其它合金元素的合适比例。
5. 预热和后热处理：在焊接前对母材进行预热，焊接后对焊缝进行后热处理，以缓和冷却速度，防止裂纹的产生。
6. 提高操作技能：加强焊接操作人员的技能培训，提高其操作水平，以确保焊接质量。
这些措施旨在从多个方面改善冷焊问题，包括调整冷却速度、优化焊接工艺、选择合适的焊接材料、进行预热和后热处理等。
这些措施能够有效地降低冷焊现象的发生，提高焊接接头的质量和稳定性。
同时，采取适当的预防措施可以减少焊接过程中出现冷焊问题的可能性，提高工作效率和安全性。
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。
焊接冷裂纹产生原因及防止措施
＝． 焊 接冷 裂 纹 形成 机 理与 影响 因素 或低 氢焊接手 法还不能保证获 得低氢焊 缝， 还要 仔细烘干 焊条、 焊 剂， （ 一） 焊接冷裂纹的形成机 理 注 意环 境温 度 ， 普 通低氢 焊 条应在 ３ ５ ０ 摄氏度 ， 超 低氢 焊条应 在４ Ｏ ０ — 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 ４ ５ ０ 摄 氏度保温 ２ ｈ ， 并应 妥善 保存， 最好在保温 箱 （ 筒） 内存放 ， 随 用随 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 取 ， 以防吸潮 。 此外 还对 焊丝 、 钢板坡 口附近 的铁锈 、 油污 等应仔 细清 大主要 因素 。 理。 对 于熔炼 焊剂 ， 由于经过高 温熔炼 ， 所以含水分极 少， 焊前一般２ ５ ０ 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 ， 摄 氏度烘 干并保温２ ｈ 且 口 可。 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 ３ 、 适 当加 入某 些合金 元素 ， 提 高焊 缝金 属的韧 性 ， 也可防止冷 裂 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 纹产 生， 例如 钛硼 、 钒、 硒、 碲、 稀土 等韧化 焊缝 的元素 ， 因为在 拘束 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 。 另外 ， 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 ， 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 合线向未发生 分解的奥 氏体热影 响区扩散 。
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。
焊接中冷裂纹的形成原理及防止措施
纤维素型焊条 :
60ml / 100g
低氢型焊条 :
5 - 7ml /100g
超低氢型焊条 :
2 - 5ml /100g
熔化极 或钨极 氩弧焊 : 2ml/100g
药芯焊丝气体保护焊 :
6 - 10ml/100g
埋弧焊 :
2 - 7 ml/100g
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普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
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一、冷裂纹的分类及特征 二、冷裂纹的影响因素 三、延迟裂纹的形成机理 四、冷裂纹的控制
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一、冷裂纹的分类及特征
按裂纹形成原因,冷裂纹可分为以下三类： 延迟裂纹 淬硬脆化裂纹 低塑性脆化裂纹
裂缺纹陷热尖前应端沿力形应在成力缺新增陷的大, 三材裂向料纹应脆源力性前区增沿,加氢形,继成氢续 向浓三新度向的达应三到力向临区应界,诱力值使区时, 扩缺氢散陷向、前其聚沿内集开扩…裂散、、微聚 裂集纹这使扩一内展过压,程力增大, （ZHOU）而复始 持续进行,直至形成 宏观裂纹,
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由于微裂纹的形成与裂 应 纹的扩展与 H R的扩散、力 聚集速度有关,所以有延迟 断裂特征,产生裂纹之前的
σ/MPa
σuc
潜伏期
断裂曲线 裂纹扩展
潜伏期的长短与裂纹区的 应力大小有关,拉应力越小, 启裂所需临界氢的浓度越 高,潜伏期 延迟时间 就越 长,
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
焊接冷裂纹产生机理影响因素及防治措施
焊接冷裂纹产生机理影响因素及防治措施一、冷裂纹的一般特征1、产生温度Ms点附近或200～300℃以下温度区间2、产生的钢种和部位发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝3、裂纹的走向：沿晶、穿晶4、产生时间可焊后立即出现，也有的几小时，几天、更长时间延迟裂纹：不是在焊后马上出现的要经过一定时间才出现的裂纹—延迟裂纹延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它不是焊后出现，因此危害性更大延迟裂纹三种形态1）、焊趾裂纹—缝边裂纹起源于焊缝和母材的交界处，并有明显应力集中的地方，裂纹的取向经常与焊缝纵向平行，由焊趾的表面开始，向母材的深处延伸2）、焊道下裂纹发生在淬硬倾向较大，含氢较多钢种的焊接热影响区，裂纹取向与熔合线平行，但也有时垂直于熔合线3）、根部裂纹起源于应力集中的焊缝根部，可能发生在焊接热影响区，也可能发生在焊缝（含氢量高，预热不足）二、延迟裂纹的机理高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主要是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。
延迟裂纹的开裂过程存在这两个不同的过程，即裂纹的起源和裂纹的扩展，扩展到一定情况下，发生断裂，我们只从宏观的角度阐述一下产生延迟裂纹的三要素。
1、钢种的淬硬倾向焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结构板厚及冷却条件。
钢种淬硬倾向越大，越容易产生裂纹，其原因为1）、形成脆硬的马氏体i)、马氏体的形状条状马氏体：低碳马氏体，含碳量小于0.3%C，呈条状Ms点较高，在转变后起到自行回火作用，因此有一定韧性如低碳钢、低碳合金钢片状马氏体：含碳量高时，形成片状马氏体，片内存着平行状的孪晶，亦称孪晶马氏体，硬度高，组织脆对裂纹敏感ii)、组织对冷裂纹的敏感倾向F 、P →→F B 条状M 上贝氏体→粒状B →M+A →孪晶马氏体，可知孪晶马氏体对裂纹最敏感iii)、利用SH —CCT 图评定钢种对冷裂纹的敏感性，有试验结果看出，如果熔合区焊后800～500℃冷却时小于'f C 就会出现裂纹，也就是说可以利用出现铁素体的临界冷却时间'f C 来作为焊接接头裂纹倾向的判据 t 800～500℃<'f C 开裂 t 800～500℃>'f C 不裂 2)、淬硬产生晶格的缺陷材料在淬硬后，会产生较多的晶格缺陷，淬火后出现的晶格缺陷主要是空位位错，相变应力的作用下产生较多的位错，在焊接应力作用下，空位与位错发生移动聚集，当达到一定浓度时，产生裂纹源，硬度扩展成为裂纹。
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。
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采用后热，可适降
低预热温度，改善劳 动条件。
T p (C ) 455.5[Ceq] p 111.4 [Ceq] p C 0.2033Mn 0.0473 Cr 0.1228Mo 0.0292Ni 0.0359 Cu 0.0729Si 1.595P 1.692S 0.844 V
严格控制氢的来源是降低氢的重要途径；
采用奥氏体焊条焊接淬硬倾向较大的中、低合金高强钢， 能很好避免冷裂纹。
工艺方面
正确制定施工程序、选择焊接线能量、预热温度、焊后 后热，以及焊后热处理。
1
对于非对称角接头
l E l 1 2 RB 3 h3 h3 2 1
1
对于对称角接头
Eh3 RB 6l
RBC
Eh l
氢的有害影响
不同匹配接头熔合 区和焊根部位的塑 性变形。
氢气泡逸出的动态过程 a）焊后10min b）焊后60mm
R 71K1[arctg(0.017 ) ( / 400) 2 ]
Rcr>R
Rcr<R
不产生裂纹
产生裂纹
以上讨论只是一维拉伸，并在弹性范围内的拘束度 （拘束应力）。 对于产生塑性应变的焊接接头采用有效拘束度R′来 说明力学拘束度的严格程度：
R R
8 1 m m 1
可见，碳当量↑，后热温度↑；
避免冷裂纹的后热温度与后热时 间见图：
多层焊的影响
后层焊道对前层焊道有消 氢和改善热影响区组织的 作用。多层焊预热温度比 单层焊可适当降低。
应当注意，多层焊时应尽可能严格控制层间预热温度或 后热温度，以便使扩散氢逸出，否则氢量会发生逐层积 累，同时，多次加热会产生较大残余应力。
sin mhw / m h / w
2
sinh2 m B / sinh 2m B / 2m B /
1
修正系数η 也可通过图 来查值
在塑性应变的条件下，当 δ /hw=3～4 时，R′与 h成线性关系；当 δ /hw≥10时， R′与h 无关。
焊接工艺对冷裂纹的影响
焊接线能量的影响 对于重要结构，应严格控制焊接线能量。E↑近缝区晶 粒粗大，降低接头抗裂性；E↓热影响区淬硬，不利于 氢的逸出，增加冷裂倾向。
预热的影响
预热可防止冷裂，合理选择预热温度十分重要。 T0↑，恶化劳动条件；局部预热产生附加应力，可能
促使裂纹产生。
焊后后热的影响
l , 2 6 Ml E 3
1 12M E 3
E 3 RB ; 6l
E RBC l
对于非对称弯曲角变形
2 3 2 3 2 ( l E l1 l2 3 1 / h1 l2 / h2 ) RB 3 3 2 3 2 3 6 h 4 l1 h / h1 l2 / h2 2 2
临界冷却时间tcr：在一定焊接条件下，第一层焊缝 冷却到100℃刚刚不出现冷裂纹的时间。
tcr反映了被焊钢种的化学成分、焊接区的含氢量、 焊接线能量和焊接时的拘束条件等诸多因素综合作用 的结果。 产生冷裂纹的条件：
t cr t100
t100 t cr 能避免产生冷裂纹
防止冷裂纹的途径 冶金方面 从冶炼技术上提高钢材品质，低碳多种微量合金的强化 方式，采用精炼技术尽可能降低钢杂质； 选用优质的低氢焊接材料和低氢的焊接方法，是防止冷 裂纹的有效措施之一；
对于在承受拉伸应力的同时，又受到弯矩作用的接头 须考虑弯曲拘束度问题。
弯曲拘束度：单位焊缝长度上 在接头坡口处发生单位角变形 所需要的弯矩。
RB M
设母材单位焊缝长度的断面系数为z=h2/6，弯曲 RB除以断面系数z，得到：
RB 6 M B RBC 2 z h
——弯曲拘束系数
6.3.4 影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
钢种的化学成分的影响
化学成分的影响实质上就是对钢淬硬倾向的影响。
[H ] Pc Pcm 60 600 [H ] R Pw Pcm 60 400000
T0 1440Pw 392 ℃
拘束应力的影响
对于板厚小于50mm，可初略估计 R=K1δ 长焊缝 K1≈400 短焊缝 K1≈700 板厚超过50mm