焊接裂纹及其防止

1、焊接裂纹及其预防措施西南交通大学工程研究学院2007年03月10日1裂纹分布与种类热裂纹冷裂纹层状撕裂再热裂纹应力腐蚀开裂（不详细介绍）1裂纹分布与种类 裂纹是焊接缺陷危害最大而且是最普遍的一种，可以成为构件脆断、疲劳破坏和腐蚀破坏的起因，它不仅可以使产品报废，而且还可能因未检测出导致以后灾难性的事故。图5-1 焊接裂纹的宏观形态及其分布1-焊接中纵向裂纹 2-焊缝中横向裂纹 3-熔合区裂纹 4-焊缝根部裂纹 5-HAZ根部裂纹 6一焊趾纵向裂纹(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、多边化裂纹)9-层状撕裂 10-弧坑裂纹(火口裂纹)a)纵向

2、裂纹 b)横内裂纹 c)星形裂纹返回2热裂纹热裂纹是在焊缝冷却过程中，在高温阶段产生的裂纹，主要发生在焊缝金属内，少量在近缝区。 可以分为结晶（凝固）裂纹、液化裂纹和多边化裂纹。 结晶裂纹是最常见的一种，主要出现在含杂质元素较多的碳钢的焊缝中（S、P、Si和C）、单相奥氏体不锈钢、铝及其合金等焊接结构中。 主要影响因素是焊接拉应力、低熔点共晶（焊缝金属的化学成分）、焊接接头过热（工艺）的程度。 减小热裂纹倾向的措施有： 1）降低材料中S、P等杂质元素的含量。 2）适当提高Mn/S比，可以置换Fe-FeS低熔点共晶物的Fe，形成熔点1620C的MnS，从而提高焊缝的抗裂性能。 WC=0.100.

3、12%，WMn=2.5%以前有作用; WC=0.130.20%，WMn=1.8%以下有作用; WC=0.210.23%，WMn有益影响范围更窄。 3）采用适当焊接方法和工艺，控制线能量输入，减少焊缝过热。 4）在焊接材料中加入Ti、Mo、Nb或稀土元素，抑制柱状晶粒发展，细化晶粒，明显改善性能。返回冷裂纹 焊接冷裂纹是目前焊接生产中影响最大的一种缺陷，主要发生在中碳钢、高碳钢、合金结构钢以及钛合金等的焊接接头热影响区，强度极高的高强钢冷裂纹会出现在焊缝中。 大致分为延迟裂纹、淬硬脆化（淬火）裂纹和低塑性脆化裂纹。 延迟裂纹是最为普遍的冷裂纹，主要有焊道下裂纹、缺口裂纹和横向裂纹三类。 形成条件

4、：氢的存在、钢的淬硬倾向和焊接拘束应力。 三个大方面来控制焊接冷裂纹： 1）必须尽力减小焊接应力（热应力、相变应力和拘束应力）； 2）消除一切氢的来源； 3）改善焊接接头的组织状况。 当母材确定后，主要是通过选择焊接方法、控制焊接工艺和合理选用焊接材料，必要时采用焊后热处理。 1）焊接工艺的作用： a （局部）预热，增加T8/5，减小和避免淬硬M组织，降低内应力，并有利于氢的逸出。 钢板越厚，钢种的碳当量越大，预热温度越高。 b 焊接线能量的控制El 调整t8/5， El越大，焊缝冷却时间越长，可减轻或避免淬硬组织，并利于氢的逸出，降低了冷裂倾向。 但El过大，导致焊接接头过热，组织粗大，焊接

5、接头性能降低。 c 多层焊（或双丝焊接） 前道焊缝对后道焊缝有预热作用，后道焊缝对前道焊缝有回火作用，可以改善焊接接头组织，并利于扩散氢的析出， 需要控制层间温度。 d 焊后的后热处理 减小残余应力，改善组织，并消除扩散氢。 2）焊接材料的选用 选用低氢型焊条和焊剂。 选用CO2气体保护焊接可以获得很低含氢量的焊缝金属。 必须仔细烘干焊接材料，将焊件、焊丝上的铁锈和油污清理干净。 3）降低焊接接头的拘束应力 从焊接结构设计和焊接工艺等几方面设法解决。返回层状撕裂 在大型焊接结构中，往往采用30100mm甚至更厚的高强钢，如果焊接时在厚度方向承受大的拉伸拘束应力，就会发生如图5-2所示的阶梯型裂

6、纹。 产生原因：Z向拘束应力和轧制过程中在板厚方向上形成的非金属夹杂物（硫化物等）有关。 图5-2 层状撕裂 层状撕裂以预防为主。 选用对层状撕裂敏感性小的材料，由厚度方向上的断面收缩率来衡量。 从结构设计（如图5-3所示）和工艺上采取措施（低氢焊条，小线能量和预热等） 。返回图5-3 减少Z向应力的措施5再热裂纹 有些重要构件需要消除残余应力，而高温回火是目前最常用的消应力方法。在构件回火或高温长期工作中产生的裂纹称为再热裂纹 。 1）特点 a 一般只出现在沉淀强化低合金高强钢、珠光体钢、奥氏体钢等材料焊接构件中（含Mo、V、Cr、Nb和钛等元素）。 b 通常发生在HAZ的粗晶粒区。 c 裂纹起源于应力集中点，如焊趾和焊根处。 d 接头必须有大的残余应力。 e 产生在再热的升温过程中。 2）形成条件 晶内强化、局部大的应力集中。 3）再热裂纹的控制 主要考虑改善过热粗晶区的塑性和减少残余应力，特别是要减少应力集中。 a 预热和焊后热处理