xy-焊接冶金缺陷

1、德州职业技术学院德州职业技术学院 第五单元第五单元 焊接冶金缺陷焊接冶金缺陷 机械工程系 肖莹莹 德州职业技术学院 Radiographic examination (RT) 本单元主要内容 5.1 焊缝中的气孔 5.2 焊缝中的夹杂 5.3 焊接裂纹 5.4 习题课 5.1 焊缝中的气孔 1、气孔的特征与分类 2、气孔的形成机理 3、气孔的防止措施 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的气孔 1、气孔的危害： (1) 削弱焊缝的有效工件断面 (2) 带来应力集中 (3) 显著降低焊缝金属的强度和韧性 (4) 不利于接头的动载力学性能 (5) 引起裂纹 德州职业技术学院 金属熔焊原理

2、 5.1 焊缝中的气孔 2、气孔形成的根本原因 高温时液态金属溶解了较多的气体(H、N)以及在冶 金反应过程中生成的气体(CO、H2O)在凝固过程 来不及逸出而造成。 3、气孔分布特征 有的分布在表面，有的分布在焊缝内部，有的单个 分布，有的成堆密集分布，有的贯穿整个焊缝断 面，有的弥散分布着焊缝内部。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的气孔 4、气孔的分类 按气体来源分： (1) (1) 析出性气孔(H(H气孔、NN气孔) ) (2) (2) 反应性气孔(CO(CO气孔) ) (3) (3) 侵入性气孔( (铸造气孔) ) 按气体种类分： (1) H(1) H气孔 (2) N(

3、2) N气孔 (3) CO(3) CO气孔 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的气孔 (1)、析出性气孔 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降， 析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性 气孔，主要是氢气孔和氮气孔。 多数出现在焊缝表面，焊接铝、镁合金时，析 出性气孔( (如氢气孔) )也会出现在焊缝内部。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 1) 氢气孔 特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面 看呈圆喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内部， 以小圆球状存在。 成因：焊接过程中熔池金属吸收大量氢，在冷却和结晶过程中， 氢的溶解度急剧下降，熔池冷却速度快

4、，来不及逸出，残存在 内部，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。 2) 氮气孔 特征：一般成堆出现，形似蜂窝。 成因：主要是保护效果不好，空气中的N被熔池金属吸收，熔 池金属凝固过程中来不及逸出而形成气孔。 5.1 焊缝中的气孔 (2)、反应性气孔 液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生的 气孔，称为反应性气孔，如CO气孔。 成因：液态金属内部合金元素之间或与非金属夹杂 物发生化学反应造成的。 特征：蜂窝状气孔，呈梨形或团球形均匀分布。碳 钢焊缝内因冶金反应生成的CO气孔，则沿焊缝结 晶方向呈条虫状分布。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 CO气孔 特征：焊缝内部沿结晶方向呈条虫状，表面光滑

5、。 成因：高温冶金反应生成CO，CO不溶于液态金属，在 高温时，CO以气泡的形式猛烈地逸出，但熔池结晶时， ，CO不易逸出，此反应为吸热反应，促使结晶速度 加快，CO形成气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫状 的内气孔。 5.1 焊缝中的气孔 (3)、侵入性气孔 铸造气孔，铸型和型芯等在液态金属高温作用下产 生的气体，侵入金属内部所形成的气孔。 特征：数量较少、体积较大、孔壁光滑、表面有氧 化色，常出现在铸件表层或近表层。形状多呈梨 形、椭圆形或圆形，梨尖一般指向气体侵入的方 向。侵入的气体一般是水蒸气、一氧化碳、二氧 化碳、氢、氮和碳氢化合物等。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的

6、气孔 5、气孔的形成过程 (1) (1) 金属中气体的析出 扩散逸出 实际生产条件下实现困难 与金属内的某元素形成化合物 熔渣 以气泡形式从液态金属中逸出 (2) (2) 气孔的形成过程 生核长大上浮逸出： 1) 1) 浮出：无气孔 ; 2) ; 2) 浮不出：气孔 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的气孔 (1) (1) 气泡的生核 具备条件： 液态金属中有过饱和的气体 基本条件 要消耗一定的能量 在实际生产条件下，液态金属内部通常存在大量的现 成表面(如未熔的固相质点，熔渣和枝晶的表面) 气泡生核降低了能量条件，创造了有利条件。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的

7、气孔 (1) (1) 气泡的生核 气泡依附于现成表面生核所需的能量E为： 最大处就是气泡最可能生核之地。 相邻枝晶间的凹陷部位 最大，是气泡最易生 核之地。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 cos11 A A AVPPE lhp A A ， p E A A A A 5.1 焊缝中的气孔 (2) (2) 气泡的长大 气体向气泡内不断析出造成气泡生核后继续长大。 气体向气泡内析出的热力学条件： 气体自金属中的析出压力大于气泡内该气体 的分压。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 气泡形成初期，r很小，附加压Pc则很大，气泡难很 长大。焊接时，由于熔池内存在着很多现成表面，如柱 状晶粒和液态金属相接触的

8、地方形成，这些地方由于界 面张力的作用，气泡不成圆形，而是椭圆形，可以有较 大的曲率半径r，降低了附加压力，有利于气泡的长大。 (3) 气泡上浮 气泡核脱离表面主要与气泡-液体金属现成表面界面 张力及接触角(润湿角)有关: 当90, 气泡长大过程中有细颈出现, 当气泡脱离现成表面 时, 会残留一个透镜状的气泡核, 作为新的气泡核心。形成细 颈过程需要时间, 若结晶速度气泡脱离现成表面的速度, 形 成气孔。 5.1 焊缝中的气孔 5.1 焊缝中的气孔 (3) (3) 气泡上浮 结晶速度较小时, , 气泡有充分时间逸出, , 气泡易上浮 , , 无气孔; ; 结晶速度大时, , 气泡上浮时间短,

9、, 可能 残余在焊缝内部，形成气孔。 气泡上浮速度 ： 当r， v，气泡易浮出 液体金属密度越大，v，不易形成气孔 影响最大，T， ，v，易上浮； T，v，易形成气孔 德州职业技术学院 金属熔焊原理 2 21 9 2 gr v 5.1 焊缝中的气孔 2、气孔的形成机理 (1) (1) 析出性气孔的形成机理 结晶前沿，特别是枝晶间的气体溶质聚集区中，气体 含量将超过其饱和含量，被枝晶封闭的液相内则具 有更大的过饱和含量和析出压力，而液-固界面处 气体的含量最高，并且存在其他溶质的偏析及非金 属夹杂物，当枝晶间产生收缩时，该处极易析出气 泡，且气泡很难排除，从而保留下来形成气孔。 德州职业技术学院

10、 金属熔焊原理 5.1 焊缝中的气孔 (2) 反应性气孔的形成机理 液态熔池金属与熔渣相互作用产生的气孔称为渣气 孔，这类气孔多数是由反应生成的CO气孔。 熔池金属凝固过程中，若凝固前沿液相区内存在有 FeO的低熔点氧化夹杂物，则其中的FeO可与液 相中富集的碳发生反应： (FeO)+CFe+CO 德州职业技术学院 金属熔焊原理 焊接铜、镍时，液态金属中溶解的O和H，如果相遇 就会产生H2O气泡，凝固前若来不及析出，就会产生气 孔。 5.1 焊缝中的气孔 1、冶金方面 u熔渣的氧化性 u药皮或焊剂的冶 金反应 u保护气的气氛 u水分、铁锈等 德州职业技术学院 金属熔焊原理 2、焊接工艺 u焊接

11、工艺参数 u电流类型和极性 u焊接操作 影响气孔形成的因素很多，有时是多种因素共同作 用的结果，但主要的是冶金和工艺两方面： 德州职业技术学院 Radiographic examination (RT) 本单元主要内容 5.1 焊缝中的气孔 5.2 焊缝中的夹杂 5.3 焊接裂纹 5.4 习题课 5.2 焊缝中的夹杂 1、夹杂的种类及危害 1）氧化物夹杂 2)硫化物夹杂 3）氮化物夹杂 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.2 焊缝中的夹杂 2、控制夹杂措施 1) 控制来源 2) 正确选用焊材 3）采用合理的焊接工艺 德州职业技术学院 金属熔焊原理 德州职业技术学院 Radiographic e

12、xamination (RT) 本单元主要内容 5.1 焊缝中的气孔 5.2 焊缝中的夹杂 5.3 焊接裂纹 5.4 习题课 5.3 焊接裂纹 1、裂纹的危害 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。 焊接结构产生裂纹轻者需要返修，浪费人力、物力、 时间，重者造成焊接结构报废，无法修补。更严重 者造成事故、人身伤亡。如1969年有一艘5万吨的 矿石运输船在太平洋上航行时，断裂成两段而沉没 ，在压力容器破坏事故中，有很多都是由于焊接裂 纹造成。因此，解决研究焊接裂纹已成为当前主要 课题。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 2

13、、裂纹的种类 各种不同类型的裂纹 焊缝中纵向裂纹，焊缝上横向裂纹， 热影响区纵向裂纹，热影响区横向裂纹， 火口（弧坑）裂纹，焊道下裂纹， 焊缝内部晶间裂纹，焊趾裂纹， 热影响区焊缝贯穿裂纹，焊缝根部裂纹 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 a-纵向裂纹，b-横向裂纹，c-星形裂纹 1-焊缝中纵向裂纹，2-焊缝上横向裂纹，3-熔合区裂纹，4-焊缝根部裂 纹，5-HAZ根部裂纹，6-焊趾纵向裂纹(延迟裂纹)，7-焊趾纵向裂纹 (液化裂纹、再热裂纹)，8-焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹、再热裂 纹)，9-层状撕裂，10-弧坑裂纹(火口裂纹) 焊接裂纹的宏观形态及其分布 德州职业技术学院

14、 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 2、裂纹的分类 (1)、 按裂纹分布的走向分: 横向裂纹 纵向裂纹 星形（弧形裂纹） (2)、按裂纹发生部位分: 焊缝金属中裂纹 热影响区中裂纹 焊缝热影响区贯穿裂纹 德州职业技术学院 金属熔焊原理 纵向裂纹 5.3 焊接裂纹 (3)(3)、 按产生本质分: : 热裂纹 (hot cracking)(hot cracking) 冷裂纹 (cold cracking)(cold cracking) 再热裂纹 (stress relief cracking) (stress relief cracking) 层状撕裂 (lamellar tear)(lamella

15、r tear) 应力腐蚀裂纹 (stress corrosion cracking) (stress corrosion cracking) 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 3、热裂纹概述 产生：金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的 开裂现象 部位：主要出现在焊缝上，也可出现在近缝区 特征：宏观上, 沿焊缝成纵向分布(连续或继续)， 也有横向分布；裂口均有较明显的氧化色彩，表 面无光泽，但金属内部的热裂纹因与外界隔绝， 其氧化程度不如表面裂纹明显。微观上，沿晶粒 边界(包括亚晶界)分布，属于沿晶开裂性质。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 分类： 与液膜有关

16、： (1) 凝固裂纹 (结晶裂纹) (2) 液化裂纹 与液膜无关： (3) 高温失延裂纹 (多边化裂纹) 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (1)(1)、凝固裂纹 金属凝固结晶的末期，在固相线附近，因晶间残存 液膜在应力作用所造成的晶间开裂 特征：最常见的热裂纹形式，其断口具有沿晶间液 膜分离的特征，裂纹表面无金属光泽。 主要发生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中( (含 S S、P P、C C、SiSi偏高) )和单相奥氏体钢、镍基合金 以及某些铝合金焊缝中。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (2)(2)、液化裂纹 焊接时近缝区或焊缝层间金属由于过热，晶间可

17、 能出现液化现象，在拉力作用下由于晶间液膜分 离而导致开裂 特征：在其断口上局部有树枝状突起。 主要发生在含CrCr、NiNi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S S、P P、C C、SiSi含量偏高时，液化裂纹倾向 严重。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (3)(3)、高温失延裂纹( (多边化裂纹) ) 产生温度低于固相线温度，存在晶格缺陷(位错和 空位)，物理化学性质的不均匀性，在应力作用下 ，缺陷聚集形成多边化边界，使强度塑性下降， 沿多边化边界开裂。 特征：与液膜无关，断口粗糙不光滑，显示出柱 状晶明显的方向性。 主要发生在纯

18、金属或单相奥氏体合金的焊缝中或 近缝区。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 4、热裂纹形成机理 (1) 成因 焊接过程中遇到的热裂纹主要是结晶裂纹。 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。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 焊缝结晶过程中晶界是个薄弱地带：先结晶的金 属较纯，后结晶的金属含杂质较多，形成低熔点 的共晶化合物排挤在柱状晶交遇的中心

19、部位(晶界 )，形成“液态薄膜”。此时因收缩而受到拉伸应 力，焊缝中晶界处的液态薄膜成为薄弱地带。在 拉伸应力的作用就可能在这个薄弱地带开裂形成 结晶裂纹。 产生原因：焊缝中存在液态薄膜和焊缝凝固过程 中受到拉伸应力共同作用的结果。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 液态薄膜是必要条件(内因) 拉伸应力是充分条件 (外因) 5.3 焊接裂纹 (2) (2) 凝固阶段对结晶 裂纹产生的作用 低碳钢焊缝熔池结晶 分三个阶段： (1) (1) 液- -固阶段 (2) (2) 固- -液阶段 (3)(3)完全凝固阶段 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (1) (1) 液- -固阶段 温度

20、较高、晶核数量少，相邻晶粒间不接触，液态 金属可在晶粒间自由流动，拉伸应力作用下被拉 开的缝隙可能被流动的液态金属能够及时填满 不发生裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 (2) 固-液阶段（发生凝固裂纹的敏感阶段） 温度较低，固相为主，枝晶骨架以长成；晶间残留少 量液体尤其是低熔共晶，流动困难，拉伸应力作用产 生的微小缝隙无法填充由于液态薄膜抗变形阻力 小，形变将集中于液膜所在的晶间，此时若存在足够 大的拉伸应力，则在晶体发生塑性变形之前，液膜所 在晶界就会优先开裂，形成凝固裂纹。脆性温度 区 (3) 完全凝固阶段 熔池金属完全凝固后形成的焊缝收到拉伸应力时表现 出较好的强度和塑性很难发生

21、裂纹 特别注意：对于某些金属在焊缝完全凝固后，仍有一 段温度内塑性很低，也会产生裂纹高温低塑性裂 纹。 5.3 焊接裂纹 (3) 结晶裂纹产生的条件 德州职业技术学院 金属熔焊原理 T 1 L T 1 H T S T , )(T min 1 )(Tf )(2 CST 3 B T O S T 3 3 =f(T)应力变形 =(T)焊缝金属塑性 TL液相线 TS固相线 TB脆性温度区间 THTB上限 TSTB下限 焊接时产生结晶裂纹的条件 5.3 焊接裂纹 拉伸应力所产生的变形随温度T按曲线(1)变化，产生了1 的变形量，但焊缝仍有1的塑性储备量，即1 0，不 产生热裂纹。 拉伸应力所产生的变形随温

22、度T按曲线(2)变化，产生变形 量恰好等于焊缝的最低塑性值min，即处于临界状态。 拉伸应力所产生的变形随温度T按曲线(1)变化，产生了3 的变形量， 超过了焊缝塑性的最低值min ，即 30， 产生裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 产生结晶裂纹的条件：焊缝在脆性温度区间内所承 受的拉伸应变大于焊缝金属所具有的塑性，或焊 缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量( () )小于 零，取决于三方面： 德州职业技术学院 金属熔焊原理 （1） 脆性温度区TB的大小 TB越大，收缩应力的作用时间就越长，产生的应变量 越大，形成热裂纹的倾向越大。TB主要取决于焊缝化 学成分、低熔共晶的

23、性质及分布、晶粒的大小及方向 性。 （2） TB内金属的塑性 TB一定时，TB内金属的塑性min越低，产生热裂纹的 倾向越大，与焊缝化学成分、偏析程度、经历大小及 应变速率有关。 （3） TB内的应变增长率 /t越大，越容易产生裂纹， /t主要与焊缝金 属的热胀系数、接头的刚度、焊缝位置、线能量的大 小以及温度场分布。 5.3 焊接裂纹 产生结晶裂纹的力学条件：在焊接时脆性温度区内 金属的强度小于在脆性温度区内金属所承受的拉 伸应力，即：mT0：g0，若发生断裂则为晶间断裂，结晶裂纹 属于晶间断裂。 0: 产生晶间裂纹。 5.3 焊接裂纹 焊接结晶裂纹的影响因素： 1) 1) 冶金因素 合金状

24、态图类型和结晶温度区间 化学成分 结晶组织形态 2) 2) 工艺因素 工艺条件 结构形式 拘束状态 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 防止结晶裂纹的措施 1)1)、冶金方面的措施 控制焊缝中S S、P P、C C等有害杂质的含量 uS S、P0.03-0.04P0.03-0.04 u用于低碳钢和低合金钢的焊丝：C0.12%C0.12% u高合金钢焊接：S S、P0.03%P0.03%，严格控制焊丝中 的C C含量，焊丝超低碳焊丝 u对于一些重要的焊接结构，采用碱性焊条和焊剂 可有效控制有害杂质，防止结晶裂纹或降低倾向 。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 改善焊

25、缝结晶：向焊缝中加入细化晶粒的元素 u在碳钢、合金钢焊缝中加入Mo、V、Ti、Nb、 Zr、B、Al、Re等合金元素，以细化晶粒、减少 非金属夹杂、改善夹杂物的形态和分布 。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 u焊接18-8型不锈钢时，通过调整母材或焊接材料的 成分，使焊缝金属获得+的双相组织(相5%，体 积分数)，提高其抗裂性和抗腐蚀性能。 u对于某些热裂倾向较大的材料(如高强铝合金)，可有 意增多焊缝中易熔共晶的数量，使之具有愈合裂纹的 作用。但会降低接头性能，故应适当控制。 5.3 焊接裂纹 2)、工艺方面改善焊接的应力状态 热输入E，预热温度T0应变速率/t降低 热裂倾向。 德州职业技术

26、学院 金属熔焊原理 适当增加成形系数，使低熔点共晶聚集在焊缝上部， 与焊缝收缩应力成一定角度，有利于防止凝固裂纹的 产生。 厚板采用多层焊，但要控制各层熔深；接头处尽量 避免应力集中( (错边、咬边、未焊透等) ) 。 合理安排焊接次序，尽量降低接头的刚度或拘束度， 尽可能使大多数焊缝在较小刚度条件下焊接，以改善 焊接接头的应力状态。 5.3 焊接裂纹 4、近缝区液化裂纹 沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，尺 寸很小，一般在0.5mm以下 ，个别可达1mm ，属于晶间 开裂性质，裂纹断口呈典型的 晶间开裂特征。 通常产生在热影响区的粗晶区， 也可产生在多层焊缝的焊层之 间。 常成为冷裂纹、再热裂纹、脆

27、性 破坏和疲劳断裂的发源地。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 近缝区液化裂纹产生机理：一般认为是由于热影响 区或多层焊间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。 此外，在不平衡加热和冷却条件下，由于金属间化 合物分解和元素的扩散，造成局部地区共晶量偏 高而发生局部晶间液化，也会产生液化裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 液化裂纹也出现在脆性温度区间：加热过程中金属塑性 在T1范围内陡降。 高温时热塑性在很窄的温度范围内发生陡降，并在随后 的冷却过程中热塑性也在很窄的范围内回升材料具有

28、良好的抗液化裂纹能力； 温度升高时，热塑性在很宽的温度范围内下降，冷却时 塑性也在较宽的范围内回升材料的抗液化裂纹能力差； 起源于熔合线或结晶裂纹：在熔合线附近的未混合区和 部分熔化区，由于熔化和结晶导致化学成分重新分布， 母材中原有的杂质将富集到部分熔化区的晶界上，若母 材的杂质较多，就会形成裂纹；裂纹启裂后可沿热影响 区晶间的低熔相扩展，成为近缝区的液化裂纹。 5.3 焊接裂纹 (2)、影响因素 1)1)、化学成分 液化裂纹主要出现在合金元素较多的高强钢、不锈 钢、和耐热合金的焊接件中：B B、NiNi、CrCr对液化 裂纹都比较敏感。 2)2)、工艺因素 焊接热输入越大，晶界低熔相熔化越

29、严重，晶界处 于液态的时间就越长，液化裂纹倾向越大。 焊缝的断面呈明显的倒草帽形，则在熔合线的凹陷 处母材过热严重，易于产生液化裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 (3)、防止措施 防止途径与结晶裂纹类似：冶金和工艺两方面 1) 尽可能降低母材中S、P、Si、B等低熔共晶元素的 含量。 2) 焊接工艺上，采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化 5.3 焊接裂纹 5、多边化裂纹(高温低塑性裂纹) (1)(1)、形成条件（形成机理） 焊接冷却过程中，在固相线以下的高温阶段，金属 仍处于不断增长的收缩应力作用之下，此时金属 的变形方式主要是晶界滑动变形。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 晶界滑动变形主

30、要依靠位错和空位移动实现的，也称 晶界扩散变形。 温度越高，位错或空位的密度越大，越有利于晶界的 扩散变形。晶界扩散变形的发展遇到障碍时，会在障 碍附近形成较大的应变集中，引起楔劈作用而导致裂 纹形核(楔型开裂) 。 空穴开裂理论则认为，在高温和低应力下，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。 晶界中过饱和的空位扩散凝聚，也可能是形成微裂的 原因，此时晶界中若存在杂质偏析，则有利于降低空 穴的表面能，促使微裂纹更易于形成。 5.3 焊接裂纹 (2)、特点 1)1)、发生部位与材料 多发生在单相奥氏钢或纯金属的焊缝金属，裂纹以 任意方向贯穿树枝状

31、结晶。 2)2)、常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近，多边 化裂纹总是迟于再结晶。 3)3)、裂纹多发生在重复受热金属中( (多层焊) )。 4)4)、断口呈现出高温低塑性断裂的特征。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (3) 影响因素 多边化裂纹的影响因素主要是合金成分、应力状态 和温度。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 1) 合金成分的影响 多边化需要激活能越高，晶格缺陷的移动和聚集越慢， 形成多边化的时间越长。 在焊缝中加入一些提高多边化过程激活能的元素(Mo、 W、Ti、Ta)，可有效阻止多边化过程。 高温相存在能阻碍位错移动，阻止二次边界的形成 双相金属具有良好的抗多

32、边化裂纹能力。 2) 2) 应力状态 有应力存在，增加了原子的活动性，使多边化过程加 速。 3) 3) 温度 形成多边化过程的温度越高，所需的时间越短，增加 裂纹倾向。 5.3 焊接裂纹 1、冷裂纹 产生：金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时 产生的裂纹，有时在焊后或加工后立即出现，有 时则要经过一段时间才出现。 温度：MsMs点附近或200200300300以下温度区间 德州职业技术学院 金属熔焊原理 部位：多起源于具有缺口效应、易产生应力集中的部 位，或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带，常出现 在一些厚大焊件、高碳钢、中碳钢、低合金、中合金 高强钢、超高强钢的焊接热影响区，钛合金出现在焊

33、 缝上。 特征：从宏观上看，冷裂纹断口具有发亮的金属光泽， 呈脆性断裂特征；从微观上看，有的呈晶间断裂（即 沿晶断裂），有的为穿晶断裂，而更常见的是沿晶与 穿晶共存的断口形态。有氢作用时会出现明显的氢致 准解理断口，淬硬倾向越大，沿晶断裂特征越趋明显。 5.3 焊接裂纹 2、冷裂纹分类 (1) 延迟裂纹， (2) 淬硬脆化裂纹， (3)低塑性脆化裂纹 德州职业技术学院 金属熔焊原理 (1) 延迟裂纹（氢致裂纹） 产生：在氢、钢材淬硬组织和拘束应力的共同作用下 产生，其形成温度一般在Ms以下200至室温范围， 由于氢的作用而具有明显的延迟特征。 特征：存在着潜伏期(几小时、几天甚至更长)、缓慢

34、扩展期和突然开裂三个接续的过程。由于能量的释放， 常可听到较清晰的开裂声音。 (2) 淬硬脆化裂纹（淬火裂纹） 产生：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 用下产生开裂。 特征：其产生与氢的关系不大，基本无延迟现象，成 形加工后常立即出现。 (3) 低塑性脆化裂纹 产生：某些低塑性材料(如铸铁和硬质合金等)焊后冷 却到低温时，由于收缩应变超过了材料本身所具有的 塑性储备或材料变脆而产生的裂纹 。 特征：无延迟现象。 5.3 焊接裂纹 3、焊接生产中经常遇到的冷裂纹主要是延迟裂纹 德州职业技术学院 金属熔焊原理 (1) 焊道下裂纹 裂纹产生于焊

35、道之下的热影响区内，距熔合线 约0.10.2mm，该部位常有粗大的马氏体组织。裂纹 走向大致与熔合线平行，一般不显露于焊缝表面。焊 道下裂纹是最典型的氢致裂纹。 (2) 焊趾裂纹 裂纹起源于焊缝与母材交界的焊趾处，并有明 显应力集中的部位（如咬肉处）。裂纹从表面出发， 向厚度的纵深方向发展，止于近缝区粗晶部分的边缘， 一般沿纵向发展。 (3) 焊根裂纹 裂纹起源于应力集中的焊接坡口根部，有的沿 热影响区发展，有的则转入焊缝内部。 5.3 焊接裂纹 4、延迟裂纹的主要影响因素及开裂机理 生产实践和理论研究表明： (1) (1) 钢材的淬硬倾向 (2) (2) 氢的含量与分布 (3) (3) 拘束

36、应力状态 导致高强度钢产生冷裂纹的主要原因。 宏观上：冷裂纹主要由这三因素造成的； 微观上：氢的微观行为、接头的微观力学行为等问 题的研究还需要深入。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (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。 钢的淬硬倾向越大，越容易产生冷裂纹。 主要原因为 ： 1)、形成脆硬的马氏体 2)、淬硬产生晶格缺陷 德州职业技术学院 金属熔焊原理 焊接上常用HAZ的最高硬度Hmax作为评定某些高强 钢的淬硬倾向， 5.3 焊接裂纹 (2)、氢的作用 氢在延迟裂纹的形成中起着重要作用，它决定了裂纹 形成过程中的延迟特点及断口的形态特征。氢具有 延迟作用，由氢引起的延