对焊接裂纹的种类和基本特征的分析共25页文档
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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。
焊接裂纹
0—晶间强度
第五章 焊接裂纹
44
T↑ ↓1 0 ↓ T→ T0 1 = 0
T0—称金属的等强温度
T>T0 时， 1 > 0 发生断裂晶间断裂
若焊缝所受拉伸应力为 2 随温度变化始终 不超过 0 ，则不会产生结晶裂纹 2 < 0
若焊缝的拉伸应力为 1， 1> 0产生结晶裂纹
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
第五章 焊接裂纹
本节结束19
§5-2 焊接热裂纹
一、结晶裂纹
1、 产生机理
1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树 枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊 缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝 内部两个树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥 氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在 焊缝上某些高强钢，含杂质较多的钢种，除 发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。
第五章 焊接裂纹
18
三、热裂纹与冷裂纹的基本特点
裂纹 产生温度 产生部位
热裂纹 高温下产生 焊缝、热影响区
冷裂纹 低温下产生 热影响区、焊缝
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向 分布,也有横向分布， 断口具有发亮的金属光 裂口均有氧化色彩表 泽 面无光泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属 晶间断裂，也有穿晶内
于沿晶断裂性质
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↓
第五章 焊接裂纹
42
④一次结晶组织形态及组织对结晶裂 纹的影响
晶粒大小：晶粒粗大裂纹的倾向↑
第五章 焊接裂纹
44
T↑ ↓1 0 ↓ T→ T0 1 = 0
T0—称金属的等强温度
T>T0 时， 1 > 0 发生断裂晶间断裂
若焊缝所受拉伸应力为 2 随温度变化始终 不超过 0 ，则不会产生结晶裂纹 2 < 0
若焊缝的拉伸应力为 1， 1> 0产生结晶裂纹
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
第五章 焊接裂纹
本节结束19
§5-2 焊接热裂纹
一、结晶裂纹
1、 产生机理
1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树 枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊 缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝 内部两个树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥 氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在 焊缝上某些高强钢，含杂质较多的钢种，除 发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。
第五章 焊接裂纹
18
三、热裂纹与冷裂纹的基本特点
裂纹 产生温度 产生部位
热裂纹 高温下产生 焊缝、热影响区
冷裂纹 低温下产生 热影响区、焊缝
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向 分布,也有横向分布， 断口具有发亮的金属光 裂口均有氧化色彩表 泽 面无光泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属 晶间断裂，也有穿晶内
于沿晶断裂性质
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↓
第五章 焊接裂纹
42
④一次结晶组织形态及组织对结晶裂 纹的影响
晶粒大小：晶粒粗大裂纹的倾向↑
焊接裂纹产生机理及其防治
σcr ——插销试验临界应力（N/mm2）；
[H]——扩散氢含量（JIS测氢法）（mL/100g）；
t8/5——800~500℃冷却时间（s）； t100——由峰值温度冷至100℃冷却时间。
cr (132 .3 27.5lg([H] 1) 0.216 HV 0.0102 t100) 9.8 式中 [H]——扩散氢含量（mL/100g）； HV——热影响区的平均最大硬度（维氏）.
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
结晶裂纹产生条件： a.脆性温度区间TB大小； b.脆性温度区间金属塑性Pmin ； c.脆性温度区间应变增长率. 脆性温度区间TB/脆性温度区间金属塑性Pmin 取决于： a.焊缝化学成分; b.偏析程度； c.晶粒大小和方向. 脆性温度区间应变增长率取决于： a.金属热物理性能；a.接头刚度；c.焊接工艺参数
在焊缝结晶过程固相线附近，由于凝固金属收缩， 残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发 生沿晶开裂. 特征：a.裂纹断面有氧化彩色;b.焊缝中发生. 结晶裂纹产生原因： a.焊缝含杂质多(含硫、磷、碳、 硅偏高); b.凝固过程产生拉伸应力.
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
图1 焊缝中的结晶裂纹
b. 减小焊接过程应力; c. 降低温度;
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
二 冷裂纹(Cold Cracking) 焊后冷至较低温度（马氏体转变温度Ms附近），由 拘束应力/淬硬组织和氢共同作用产生. 特征：a.主要在热影响区;b.焊缝少(横向裂纹）. 1. 延迟裂纹 特点:a.具有延迟现象. b.决定于钢种淬硬倾向 /焊 接接头应力状态和熔敷金属中扩散氢含量. 2. 淬硬脆化裂纹 特征：a.钢种淬硬倾向大;b.没有氢诱发/仅拘束应 力作用;c.没有延迟现象;d.出现热影响区或焊缝. 3. 低塑性脆化裂纹 特点：a.低塑性材料;b.无延迟现象.
裂纹分类-热裂纹讲解
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(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：
25
(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。
30
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。
31
(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。
18
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。
(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。
钢结构焊接裂纹的种类及对策
钢结构焊接裂纹的种类及对策根据裂纹发生的时间大致可以将裂纹分成高温裂纹和低温裂纹两大类。
1、低温裂纹根据裂纹是低温裂纹常见的一种形态，其产生原因如下：（1）主要是由于焊接金属含氢量较高所致氢的来源有多种途径，如焊条中的有机物，结晶水，焊接坡口和它的附近粘有水份、油污及来自空气中的水份等。
（2）焊接拉头的约束力较大，例如厚板焊接时接头固定不牢、焊接顺序不当等均有可能产生较大的约束应力而导致裂纹的发生。
（3）当母材碳当量较高，冷却速度较快，热影响区的硬化从而导致裂纹的发生。
对于根部裂纹的防止措施：（1）选用低氢或超低氢焊条或其他焊接材料。
（2）对焊条或焊剂等进行必要的烘焙，使用时注意保管。
（3）焊前，应将焊接坡口及其附近的水份、油污、铁锈等杂质清理干净。
（4）选择正确的焊接顺序和焊接方向，一般长构件焊接时最好采用由中间向两端对称施焊的方法。
（5）进行焊前预热及后热控制冷却速度，以防止热影响区硬化。
2、高温裂纹焊道下梨状裂纹是常见的高温裂纹的一种，主要发生在埋弧焊或二氧化碳气体保护焊中，手工电弧焊则很少发生。
焊道下梨状裂纹的产生原因主要是焊接条件不当，如电压过低、电流过高，在焊缝冷却收缩时使焊道的断面形状呈现梨形。
防止措施：选择适当的焊接电压、焊接电流；焊道的成形一般控制在宽度与高度之比为1：1.4较适宜。
弧坑裂纹也是高温裂纹的一种，其产生原因主要是弧坑处的冷却速度过快，弧坑处的凹形未充分填满所致。
防止措施是安装必要的引弧板和引出板，在焊接因故中断或在焊缝终端应注意填满弧坑。
焊接裂纹的修补措施如下：（1）通过超声波或磁粉探险伤检查出裂纹的部位和界限。
（2）沿焊接裂纹界限各向焊缝两端延长50mm，将焊缝金属或部分母材用碳弧气刨等刨去。
（3）选择正确的焊接规范，焊接材料，以及采取预热、控制层间温度和后热等工艺措施进行补焊。
焊接结构的疲劳断裂
劳极限”，
钢材旳疲劳强度与抗拉强度之间旳关系: σ-1 = (0.45～0.55)σb 条件疲劳极限：
钢材旳循环次数一般取 N = 107 有色金属旳循环次数一般取 N = 108
陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低； 金属材料－疲劳强度较高； 纤维增强复合材料－很好旳抗疲劳性能。
四、疲劳断裂旳类型
最大应力 σmax 最小应力 σmin 幅应力 σa 平均应力 σm 应力比 r
a
max
min 2
m
max
min 2
r min max
1、变动载荷 大小、方向或者大小和方向均随时间而变化。
变化分为周期性，无规则性。相相应旳应力，称为变动
应力。
2、循环应力 循环应力旳波形一般近似为正弦波、矩形波和三角形波
等。
（1）循环应力旳描叙 平均应力 σm=1/2（σmax+σmin） 应力幅 σa=1/2（σmax-σmin） 应力比 γ=σmin/σmax （2）循环应力旳种类（See Fig 5－2/P108）
对称交变；脉动；波动；不对称交变应力。
反复作用旳荷载值不随时间变化，则 在全部应力循环内旳应力幅将保持常量， 称为常幅疲劳。
疲劳断裂是损伤旳积累，它旳早期现象 是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微 裂纹伴随应力循环次数旳增长而逐渐扩展， 直至余下旳未裂开旳截面积不足以承受外 荷载时，零件就忽然断裂。
疲劳断口旳特征
疲劳断口
疲劳源
（a）
图8-8 疲劳断口
（b）
（a）疲劳断口宏观形貌 （b）疲劳条纹旳微观图象
1、疲劳源 裂纹旳萌生地；裂纹处于亚稳扩展过程中。 因为应力交变，断面摩擦而光亮。 加工硬化。 随应力状态及其大小旳不同，可有一种或几种疲劳源。
焊接裂纹_精品文档
3、防止结晶裂纹的措施
1）、冶金方面
①控制焊缝中有害杂质的含量， 限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04 焊丝C<0.12% (低碳钢) 焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝 ②改善焊缝的一次结晶 细化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、
Al
2)、工艺方面（减少拉应力）
应变率 , E ↑、
↑应变率 ↓
例如：强度为600MPa焊条研究
焊缝成分分析
焊缝 C
S
Ｐ Ｍn Si Cr Ni
成分
Ao 0.10 0.037 0.017 0.94 0.54 0.20 0.87
A１ 0.09 0.015 0.014 1.25 0.44 0.19 0.83
注：A１ 焊缝中加入轻稀土１％
图2 焊缝冲击断口扫描形貌
b)、C
i)、C<0.1% C↑结晶温度区间↑,裂纹↑
ii)、C>0.16% Mn/S↑无效,加剧P有害作
用 裂↑
iii)、C>0.51% 初生相
初生相
S、P在小相中溶解度低，析
出S、P集富在晶界上，裂纹↑
c)、Mn
Mn具有脱S作用
其中Mn熔
点高，早期结晶星球状分布，抗裂↑
含碳量C<0.016% S↑裂↑但加入Mn↑裂↓
结 晶 裂 纹
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的 倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物 被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜” ，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带 开裂，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因：①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜—根本原因
拉伸应力—必要条件
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段
焊接冶金缺陷(1)
实际拘束度>临界拘束度，产生冷裂纹。
焊接冶金缺陷(1)
3、延迟裂纹的防止措施
冶金措施 工艺措施
焊接冶金缺陷(1)
1）冶金措施
a) 改进母材的化学成分
➢ 采用低碳多种微量合金元素的强化方式－－
高强度+高韧性；尽量降低杂质元素（S，P，O，N等） 含量－－ 提高抗冷裂性能；
b) 严格控制氢的含量
清理油污和氧化皮；焊接材料的烘干；
Ø 热应力－－不均匀加热和冷却引起； Ø 组织应力－－金属相变引起；
构成 拘束 应力
Ø 结构应力－－结构自身拘束条件引起；
焊接冶金缺陷(1)
b）拘束度和拘束应力
➢ 拘束度－－单位长度焊缝在根部间隙产生单位 长度的弹性位移所需要的力。
Ø 如平板对接接头：
刚性大（弹性模量 E 大或板厚h大）或拘束距离 L小的焊接 结构，拘束度R ↑,裂纹倾向↑。
线2e所－应对变应的p－∂塑e/性∂T 为TL临－液界相应线变增TS长－率固相，线用“CST”
表示T。B－C脆S性T 温越度大区，材TH料－对TB热上限裂纹T敏S'－感T性B下越限小。
焊接冶金缺陷(1)
2、结晶裂纹的影响因素
➢ 冶金因素 ➢ 应力因素
焊接冶金缺陷(1下) 一页
1）冶金因素
Ø 结晶温度区间 Ø 低熔共晶的形态 Ø 一次结晶的组织 Ø 合金元素的种类
焊接冶金缺陷(1)
• 结晶温度区间
S点合金成分
结晶温度区间大，脆性温 度区范围大
结晶裂纹的倾向大
焊接冶金缺陷(1)
• 低熔共晶的形态
Ø 当低熔共晶以球形状态存在时，结晶裂纹 的倾向↓.
Ø 当低熔点共晶以膜状存在时，结晶裂纹倾 向增加。
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蚀是在服役过程中产生的。
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超声波塑料焊接机 chaoshengbohanjieji ty72htvv
分为以下五大类：一、热裂纹热裂纹是在焊接时高温下 产生的，故称热裂纹。根据所焊金属的材料不同，所产 生热裂纹的形态、温度区和主要原因也各
不同，因此又把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边 化裂纹等三类。1、结晶裂纹在结晶后期，由于低容共晶 形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联结，
在拉伸应力作用下发生开裂。主要产生在含杂质较多的 碳钢、低合金钢焊缝中（含硫、磷、铁、碳、硅偏高） 和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合
下工作。因此，各种低合金高强钢，中、高合金钢、超 强钢，以及各种合金材料的应用日益广泛。但是随着这 些钢种和合金的应用，在焊接生产上带来
许多新的问题，其中较为普遍而又十份严重的就பைடு நூலகம்焊接 裂纹。裂纹有时出现在焊接过程中，也有时出现在放置 或运行过程中，及所谓延迟裂纹。因为这
种裂纹在制造中无法检测，所以这种裂纹的危害性更为 严重。焊接过程中所产生的裂纹有多种多样，就目前的 研究，按产生裂纹的本质来分，大体上可
金的焊缝中。个别情况下，结晶裂纹也能在热影响区产 生。2、高温液化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。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层 间部位。母材和焊丝中硫、磷、硅碳偏高
时，液化裂纹的倾向将显著增高。3、多边化裂纹已凝固 的结晶前沿，在高温和应力的作用下，晶格缺陷发生移 动和聚集，形成二次边界，它在高温处
征的裂纹。2、淬火裂纹这种裂纹基本上没有延迟现象， 焊后立即发现，有时发生在焊缝上，有时出现在热影响 区。主要是有淬硬组织，在焊接应力作
用下产生的裂纹。3、低塑性脆化裂纹某些塑性较低的材 料，冷至低温时，由于收缩力而引起应变超过了材质本 身所具有的塑性储备或材质变脆而产生
的裂纹。由于是在较低的温度下产生的，所以也是属于 冷裂纹的另一形态，但无延迟现象。四、层状撕裂大型 采油平台和厚壁压力容器的制造过程中，
的较为普遍的一种裂纹，它是在焊后冷至较低温度下产 生的。冷裂纹主要产生在低合金钢、中合金钢、中碳和 高碳钢的焊接热影响区。个别情况下，如
焊接超高强度钢或某些钛合金时，冷裂纹也出现在焊缝 金属上。根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹也有不同 的类别，大致可分为以下三类：1、延迟
裂纹它是冷裂纹中的一种普遍形态，主要特点是不在焊 后立即出现，而是有一般孕育期，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
有时出现平行于轧制方向的阶梯裂纹，所谓层状撕裂。 主要是由于钢板的内部存在有分层夹杂物（沿轧制方 向），在焊接时产生的垂直于轧制方向的应
力，致使在热影响区火稍远的地方，产生“台阶”式层 状撕裂。五、应力腐蚀裂纹某些焊接结构（如容器和管 道），在腐蚀介质和应力的共同作用下产
生的延迟裂纹。影响应力腐蚀裂纹的因素有结构的材质， 腐蚀介质的种类、结构的形态、制造和焊接工艺、焊接 材料，以及消除应力的程度等。应力腐
于低塑性状态，在应力作用下产生的裂纹。多边化裂纹 多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中或近缝区， 它是属于热裂纹的类型。二、再热裂纹厚
板焊接结构，并含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在 进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在 焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再
热裂纹。再热裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热 钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶 部位。三、冷裂纹冷裂纹是在焊接中产生