熔焊过程及缺欠控制 课件全套 焊接概述-焊接接头裂纹控制

熔焊冶金过程及缺欠控制

近一百年来，焊接已成为应用最广的工艺之一。在本世纪，很难找出另一种发展如此之快，并在应用规模和多样化方面能与焊接相比的工艺。当代许多最重要的技术问题必须采用焊接才能解决，而且接头要在各种条件，甚至极限条件下工作。因此可以预计，焊接在21世纪将会一如既往地得到迅速发展。无超过技术标准要求的缺陷是焊接构件运行的保证。本课程主要介绍熔焊过程及质量控制的方法，使学生掌握熔焊缺欠防止与控制的措施，为今后从事焊接工作岗位打下良好的基础。

序言中建钢构制造（全钢结构）上海卢浦大桥（全焊钢结构）

北京奥运会场馆军事装备海洋工程化工设备

中国钢产量每月大约为5千万吨左右，而焊接结构用钢量已达到占钢产的

45%

左右。

中国是制造大国，但不是制造强国，中国钢结构制造业的迅速发展使其相关专业人才非常短缺，尤其是焊接一线人员，绝大部分是没经过系统培训的农民工，产品质量得不到保证，故焊接专业人才的培养及培训迫在眉睫。

压力容器开裂桥梁垮塌焊缝母材裂纹焊接接头腐蚀后泄漏

焊接接头出现质量问题的原因

焊接后出现质量问题的原因有多种，但归纳起来有如下几个方面：

1、一是操作人员不具备从业资格，无证上岗。焊接人员应经过严格的培训后考试评定，合格后持证上岗。2、是焊接设备选用不当。例如，该用直流焊机的使用了交流焊机，没有焊接烘干设备和无损检测设备。3、是焊接材料使用不符合设计要求。例如，应使用结506焊条的使用了结422焊条，有些焊接焊丝、焊剂使用不当。4、是焊接工艺规程缺乏科学性。主要是对焊接工艺、规程或技术交底没有进行评审、验证、确认。5、是焊接过程缺乏监控力度。虽然工艺、设备、材料要求正确，但在操作时却偏离规定，无人监督检查。6、是工作环境不符合工艺要求。主要是冬季焊接没有一定的保温设施，造成焊缝冷却过快。学习本课程的目的、要求及方法1、学习本课程的目的、要求（1）了解焊接过程的本质，能从理论上说明焊接与其它连接方法的根本起别；（2）了解熔焊时焊件上温度的变化规律，熟悉焊接条件下金属所经历的化学、物理变化过程，掌握焊接接头在其形成过程中其成分、组织与性能变化的规律。（3）掌握焊接冶金过程中常见缺陷的特征、产生条件及影响因素，并能根据生产实际条件分析缺陷产生的原因，提出防止措施。2、对本课程学习方法的建议（1）坚持理论与实践结合，即在分析问题时一定不能脱离焊接的特点和具体生产条件。（2）善于综合运用多方面的知识，因本课程内容广泛，只有将各方面的知识融会贯通，并能在不同的条件下加以应用，才能提高分析和解决问题的能力。（3）善于在错综复杂的影响因素中找到起主要作用的因素。本课程论述对象及知识重点1、本课程论述对象本课程主要论述与熔焊有关的基本理论及应用。

熔焊时，焊件经过焊接形成的结合部分叫做焊缝；母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫做热影响区；焊缝与热影响区的过渡区，叫做熔合区。上述三个部分共同构成焊接接头。本课程则以焊接接头为论述对象。2、本课程知识重点

本课程按照机械行指委材料专委会《熔焊过程及缺欠控制》课程教学大纲进行讲授，内容包括五大模块：模块一

焊接冶金过程控制模块二焊接接头性能控制模块三

焊缝中气孔的控制模块四

焊缝夹杂物的控制模块五

焊接接头裂纹控制

缺陷资讯

产生的原因分析应对措施方案讨论决策控制方案分组实施

结果评价检查掌握的专业知识技能知识与技能学习方法结束熔焊冶金过程及缺欠控制知识要求

1.知道常用的焊接热源特点,了解焊接工艺参数与热循环的联系；

2.会对焊接热循环进行调整。

3.知道焊接参数对焊缝成形的影响；

4.知道焊接参数与焊缝熔合比的关；

5.掌握焊缝合金化的方；6.利用冷却速度来控制焊接接头的组织状态。技能要求

1.生产中常见热源的选用；

2.薄板单道焊焊接参数控制；

3.厚板多道焊热循环控制；

4.焊接接头冷却速度控制；

5.薄板焊条电弧焊焊接电流选择；

6.厚板手工焊焊接参数控制；

7.焊后缓冷控制措施操。教学目标焊接热源选用

对焊热源的要求:

保证焊接区的金属能够迅速达到熔化状态，并防止加热区过宽，要求焊接热源具备温度高且热量集中的特点，即热源的温度应明显高于被焊金属的熔点且加热范围小。

生产中常用的焊接热源有以下几种：

（1）电弧热利用熔化或不熔化的电极与焊件之间的电弧所产生的热量进行焊接.。

（2）化学热

利用可燃气体的火焰放出的热量，或热剂之间在一定温度下进行反应所产生的热量进行焊接。利用化学热切割（3）电阻热

利用电流通过接头的接触面及邻近区域所产生的电阻热，或电流通过熔渣所产生的电阻热进行焊接。缝焊机电极电阻焊焊接过程点焊机缝焊机（4）摩擦热利用机械摩擦所产生的热量进行焊接。（5）等离子弧

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高电离度和高能量密度的等离子弧所产生的热量进行焊接。等离子切割（6）电子束利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件表面，使动能转变为热能而进行焊接。电子束焊接产品（7）激光束

以经过聚焦的激光书轰击焊件时所产生的热量进行焊接。常用的焊接热源运用高频感应加热常用的焊接热源运用（8）高频感应热

对于有磁性的金属，利用高频感应产生的二次电流作为热源，在局部集中加热进行焊接。

二、焊接热源的主要特征（1）最小加热面积

即在保证热源稳定的条件下加热的最小面积。（2）最大功率密度

热源在单位面积上的最大功率。在功率相同时，热源加热面积越小，则功率密度越高，表明热源的集中性越好。（3）在正常焊接参数下能达到的温度

温度越高，则加热速度越高，因而可用来焊接高熔点金属，具有更宽的应用范围。三、焊接过程的热效率热效率就是焊接热源热量的利用率。我们把母材和填充金属吸收的热量（包括熔化及向内部传导的热量）叫热源的有效热功率。

电弧输出功率：

Po=UI电弧的有效热功率P是Po的一部分，二者的比值为л’，即P＝η′Po热源性能比较多层焊热循环调整

在焊接过程中热源沿焊件移动时

，焊件上某点的温度是随时间由低而高达到最大值后，又由高而低的变化，称焊接热循环。焊接热循环是描述焊接时热源对被焊金属的热作用过程，在焊缝附近距离焊缝不同的各点，所经历的热循环不同。距焊缝越近的点，加热的最高温度越高；越远的点，加热的最高温度越低。

热循环曲线

热循环参数1、加热速度2、峰值温度（最高加热温度）3、高温停留时间4、在T500时的冷却速度和时间。

多层焊热循环的调整1、短段多层焊一般每层焊道长度在50mm-400mm时，称为短段多层焊。前层焊道的温度可保持在Ms点以上。短段多层焊适用于焊接过热倾向大而又容易淬硬的金属。2、长段多层焊的焊接热循环习惯上将每道焊缝的长度在1m以上的多层焊称为长段多层焊。前层焊道对后层焊道起预热作用，而后层焊道对前层焊道起后热作用。为了防止最后一层焊道冷却过快而淬硬，可以多加一层焊道——“退火焊道”。案例：在厚板多层、多道的焊接中①②

③

④

⑤

⑥

⑦①②③

④

⑤

⑥

⑦⑧

焊接总方向多层焊热循环调整

焊缝形成过程中的保护焊缝金属的构成焊缝的组成熔化的填充金属+母材一、焊条的加热与熔化

加热和熔化焊条（焊丝）的热量

电弧热+电阻热+化学热1、电弧热

集中在焊条头部1CM内。2、电阻热

Q=I²Rt

电阻热过高造成的影响：

飞溅增加

药皮开裂

过早化学反应造成气孔。

举例：不锈钢焊条为什么比碳钢焊条短，许用电流小？

焊条金属的熔化速度是焊接生产率高低的主要表征

焊条金属的平均熔化速度可用单位时间内焊芯熔化的长度或质量来表示

ap——焊条的熔化系数（g/（h*A））m——熔化的焊芯质量（g）t——电弧燃烧的时间（h）aP——焊条的熔化系数（g/（h·A））

Ap的物理意义是：熔焊过程中，单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）的熔化量。

焊条的熔化速度

在焊接时，熔化的焊芯（或焊丝）金属并不是全部进入熔池形成焊缝，而是有一部分损失。我们把单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量称为熔敷系数（aH）

mH——熔敷到焊缝中的金属质量（g）由于金属蒸发、氧化和飞溅，焊芯（或焊丝）在熔敷过程中的损失量与熔化的焊芯（或焊丝）原有质量的百分比叫做飞溅率（Ψ）Ψ＝1－aH/aPaH=（1-Ψ）ap焊条金属的过度特征（1）熔滴过渡的主要参数

过渡的熔滴质量；熔滴过渡的频率；熔滴过渡的周期；熔滴的比表面积（熔滴的表面积与其体积之比）等。（2）熔滴过度的形式1）粗滴短路过度

在断弧焊时，由于熔滴长大受到佃户间隙的限制。其电弧稳定性较差，飞溅大。

2）附壁过度

熔滴沿着焊条药皮套筒壁向熔池过度

特点是熔滴尺寸比较小，焊芯端部可同时存在2-3个熔滴。3）喷射过度

熔滴以细小的颗粒，高的速度，高的过渡频率从焊条套筒内喷出。过渡过程稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成型美观

4）爆炸过渡

熔滴在形成或过渡过程中，由于激烈的冶金反应，其内部产生气体、气体急剧膨胀导致大颗粒熔滴爆炸粉碎

熔滴的过渡与焊缝成形

1、短路过渡（适用薄板的焊接）

2、颗粒过渡（适用中厚板）3、附壁过渡

母材的熔化与焊缝形成

熔焊时，在热源的作用下，与焊条金属熔化的同时，被焊金属----母材也发生局部熔化。在母材上由熔化的焊条金属和熔化的哪部分母材组成具有一定几何形状的液体金属叫熔池。

如果焊接时不填加金属，则熔池仅由熔化的母材组成。

熔池的形状（焊缝成形）

熔池形状如何控制呢？

电流增加，熔深增加。

电弧电压增加，熔宽增加。熔宽熔深熔池的主要特性：

1、熔池存在的时间（一般在几秒或几十秒）

与熔池质量、母材具有的温度、外界的冷却的条件等有关。

熔池存在时间长久的利与弊有那些？

好处：有利于气泡、熔渣的浮出，合金化均匀等。

坏处：焊接接头过热，组织晶粒容易粗大，韧性值下降。

2、熔池的温度

特点：中心温度高、周边温度低，头部温度高、尾部温度低。

在这里要强调的是，不同的焊接热源，熔池的最高温度是不同的。

气焊3400ºC

焊条电弧焊6000K

氩弧焊8000K

等离子弧18000~24000ºC

3、熔池的流动

1）液体金属的密度差。2）表面张力差。3）热源的各种机械力。

构成熔池强烈运动的原因是什么呢？

*知识点：

熔合比

案例：某工人在修补铸铁裂纹的时候，手弧焊电流为70A，焊条为A302,Φ3.2（不锈钢焊条）。为什么呢？讨论

淬透性、淬硬性的提高将使材料脆性增加，铸铁的含碳量高，大的熔深将使焊缝含碳量增加。

小电流还能使Cr、Ni的溶入母材的量降低。

熔合比的概念

熔焊时，局部熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。A-熔化的母材B-填充金属熔合比取决于母材的熔透情况与焊条熔化的情况，而二者又都与焊接方法、焊接参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目以及母材热物理性质都有关系。。

焊条药皮类型对熔合比的影响如图所示。从焊缝的截面可以看出，钛型焊条的熔深要小得多，因而熔合比也小，其原因可能是因为不同类型药皮产生的电弧吹力不同所致。a)含TiOb）含CaF药皮b）含CaF比较两焊缝的外观案例分析为什么会出现这么多表面气孔呢？平时焊接实训没见过呀焊接时焊缝金属的保护1、保护焊缝金属的必要性光焊丝焊接时有那些现象？电弧燃烧不稳定焊条粘钢板操作困难工艺性能不好

性能

金属

母材

焊缝抗拉强度σb/MPa390－440324－390

伸长率δ（%）25－305－10冷弯角α（º）18020－40冲击韧度αk(J•CM)

›1474.9－24.5

光焊丝焊接力学性能从表中看出，韧性是大幅度下降。2、保护方式及效果保护方式

焊接方法熔渣保护埋弧焊、电渣焊气体保护二氧化碳气保焊、氩弧焊气—渣联合保护

焊条电弧焊、药芯焊丝气保焊真空

真空电子束焊自保护

含脱氧剂、脱氮剂的“自保护”焊丝焊接氢的危害气孔裂纹氢脆白点暂态现象永久现象总含氢量扩散氢残余氢氢脆气孔弧坑裂纹焊缝中裂纹如何控制？

氢主要来源于焊条药皮、焊剂中的水分、药皮中的有机物，焊件和焊丝表面上的污物(铁锈、油污)和空气中的水分等。各种焊接方法均使焊缝增氢，只是增氢的程度不同：手弧焊时用纤维素药皮焊条焊得的焊缝含氢量比母材高出70倍；只有采用低氢型焊条施焊时，焊缝的含氢量才比较低；而用CO2气体保护焊时，含氢量最低。

1、限制焊接材料中含氢量控制方法焊接前，要对焊条、焊剂进行烘干酸性焊条：150～200ºC1~2h碱性焊条：350～450ºC1~2h烘干后的焊条要注意防潮2、清除焊件和焊丝表面的杂质氧化皮油污水渍铁锈杂质有那些清理方法3、进行冶金处理

1）通过药皮和焊剂的冶金作用，改变电弧气氛的性质，抑制源自氢的产生，降低氢的分压，最终达到降低氢在液态金属中溶解度的目的。2）在焊条药皮中加适量的活化性氧化剂。4、控制焊接参数增加焊接电流、含氢量增加交流比直流电源含氢量高直流正接比直流反接含氢量高5、焊后脱氢处理焊件加热300～350ºC，保温1h。作业氢对焊接接头带来哪些危害？在焊接实施过程中如何控制？熔渣对焊缝金属的作用

1、熔渣的作用（1）机械保护作用；（2）冶金处理作用；（3）改善工艺性能；

2、熔渣的分类（1）盐型主要由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氧化合物组成；用于焊接有色金属及高合钢；

（2）盐-氧化物型：主要由氟化物和强金属氧化物组成；用于焊接高合金钢及合金；（3）氧化物熔渣型：主要用于低碳钢低合金钢的焊接。

熔渣碱度及物理性质熔渣碱度是表达熔渣化学性质的物理量。碱度B=∑碱性氧化物摩尔量（%）/∑酸性氧化物摩尔量（%）；当B>1时为碱性渣，反之为酸性渣。熔渣的物理性能

熔点、粘度、密度、表面张力、线膨胀系数

在焊缝中，P、S是偏析度较大的有害元素。P、S偏析系数K越大,偏析的程度越严重。偏析可能在焊缝的局部或近缝区形成低熔点共晶物——产生裂纹。硫、磷的危害

FeS-Fe熔点约为985℃

FeS-FeO的熔点约为940℃

低熔点共晶物脱硫措施：焊接材料中，Mn、CaO脱硫措施在焊接化学冶金中常用脱硫剂是锰，其反应为：

[FeS]+[Mn]=（MnS）+（Fe）在焊接时还常采用碱性氧化物脱硫，其反应如下：

[FeS]+（MnO）=（MnS）+（FeO）

[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）需要FeO和CaO同时存在，但某一种焊条不能同时满足这一条件，因此，脱磷效果都不好，脱磷主要靠限制焊接材料及母材中的原始含量来进行。脱磷措施：以防为主ThankYou!焊接接头组织与性能控制

焊缝

热影响区熔合区

焊接接头：焊缝+熔合区+热影响区

熔池的凝固与焊缝金属的固态相变

随着温度的下降，熔池金属开始了从液态到固态转变的凝固过程，并在继续冷却中发生固态相变.熔池的凝固与焊缝的固态相变决定了焊缝金属的结晶结构、组织与性能。在焊接热源的特殊作用下，大的冷却速度还会使焊缝的化学成分与组织出现不均匀的现象，并有可能产生焊接缺陷。

一、熔池的凝固

1、熔池凝固的条件和特点

(1)焊接熔池体积小质量不超过100g(2)焊接熔池的温度极不均匀中心2300℃(3)熔池在运动状态下凝固(4)焊接熔池凝固以熔化母材为基础

2、熔池的凝固过程

熔池凝固从边界开始，在母材半熔化晶粒的基础上，沿着散热的反方向以柱状晶的形式向前推进，焊缝金属的晶粒实际是母材半熔化晶粒的延伸，二者之间不存在晶界面。二、焊缝金属的化学不均匀性

1、显微偏析显微偏析的不均匀程度可用偏析度Ke表示,则

[X]界-[X]轴

[X]0式中

［x］0—合金中组分x在液相中的平均含量;［x］轴—

合金中最先凝固的晶轴上组分x的含量;［x］界—晶界部位组分x的含量.Ke值越大,表明偏析越严重硫、磷和碳是最易偏析的元素.

2、区域偏析在焊缝凝固中，柱状晶前沿向前推进的同时把低熔点物质排挤到焊缝中心，使焊缝中心杂质的浓度明显增大，造成整个焊缝横截面范围内形成明显的成分不均匀性，即区域偏析。

3、层状偏析这些分层是成分作周期变化的表现.因溶质浓度不同的区域，对浸蚀剂的反应不同，浸蚀后的颜色就不一样，溶质浓度最高的区域颜色最深，溶质为平均浓度的区域颜色较浅，较宽的浅淡色区则为溶质贫化区，这种偏析称为层状偏析。三、焊缝金属的固态相变

熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，对大多数钢来说是高温奥氏体.

高温奥氏体还要发生固态相变,又称为二次结晶，得到的组织称为二次组织。焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。

1、低碳钢焊缝的固态相变

铁素体+少量的珠光体

低碳钢焊缝中铁素体与珠光体的比例随冷却速度而变化。冷速越高，珠光体比例越大，与此同时,，组织细化，硬度上升。

2、低合金钢焊缝的固态相变

固态相变除铁素体与珠光体转变外,还可能出现贝氏体与马氏体转变。

冷却速度/℃s-1

焊缝组织的体积分数(%)

焊缝硬度HV铁素体珠光体15103550110827965614038182135396062165167185195205228

组织分布四、焊接一次组织与性能的改善

1、焊缝金属的变质处理焊接时通过焊接材料(焊条、焊丝或焊剂)在金属熔池中加入少量合金元素，这些元素一部分固溶于基体组织(如铁素体)中起固溶强化作用；另一部分则以难熔质点(大多为碳化物或氮化物)的形式成为结晶核心，增加晶核数量使晶粒细化，从而较大幅度地提高焊缝金属的强度和韧性.目前常用的元素有Mo、V、Ti、Nb、B、Zr、Al及稀土元素。

2、振动结晶

振动结晶是通过不同途经使熔池产生一定频率的振动，打乱柱状晶的方向并对熔池产生强烈的搅拌作用，从而使晶粒细化并促使气体排出，常用的振动方法有机械振动、超声振动和电磁振动等。

3、锤击坡口或焊道表面

锤击坡口表面或多层焊层间金属使表面晶粒破碎，熔池以被打碎的晶粒为基面形核、长大，而获得较细晶粒的焊缝。此外，逐层锤击焊缝表面,还可以起到减小残余应力的作用。

4、调整焊接工艺

实践证明,当功率P不变时,增大焊速v可使焊缝晶粒细化;而当线能量E不变而同时提高P和v,也可使焊缝晶粒细化.此外,为了减少熔池过热,在埋弧焊时可向熔池中送进附加的冷焊丝,或在坡口面预置碎焊丝。

5、焊后热处理

要求严格的焊接结构，焊后需进行热处理。按热处理规范不同，焊后热处理可分别起到改善组织、性能、消除残余应力或排除扩散氢的作用。焊后进行正火(或正火+回火)和淬火+回火，可以改善焊缝的组织与性能。具体的选用应根据母材的成分、焊接材料、产品的技术条件及焊接方法而定。有些产品(如大型或在工地上装焊的结构)进行整体热处理有困难，也可采用局部热处理。

6、多层焊

根据多层焊热循环的特点可知，通过调整焊层数n可以在较大范围内调整焊接参数，从而比单道焊调解焊接参数时细化晶粒的作用更为明显。同时多层焊逐层焊道间的后热作用可以改善焊缝的二次组织。

7、跟踪回火

跟踪回火就是在焊完每道焊缝后用气焊火焰在焊缝表面跟踪加热。加热温度为900~1000℃，可对焊缝表层下3~10mm深度范围内不同深度的金属起到不同的热处理。球罐整体后热卧罐焊接接头保温焊接熔合区

显微镜观测

显微镜观测

裂纹

焊接熔合区最突出的特征是具有明显的化学和物理不均匀性,导致该区域组织结构发生突变。熔合区化学成分和组织结构的变化不可避免的会造成晶格中的各种微观缺陷(如空位、位错等)，使熔合区成为整个焊接接头区中最簿弱的部位。实践证明,高强钢焊接结构的破坏起源大多是发生在焊接熔合区处。熔合区的宽度

低碳钢或低合金钢在电弧焊条件下，G在300~80℃/cm之间，tL-ts约为40℃，其熔合区宽度：

奥氏体不锈钢的熔合区宽度约为0.06~0.12cm。焊接热影响区

在焊接或切割过程中,材料因受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域叫做热影响区。

焊缝热影响区熔合区

一、焊接热影响区组织变化的特点1、焊接热影响区热循环的特点

(1)加热温度高

(2)加热速度快

(3)高温停留时间短(4)各点的温度随时间与位置而变化

(5)自然条件下的连续冷却温度可达1400℃左右10~100s

2、焊接加热时的热影响区的组织转变特点

(1)使相变温度升高

(2)影响奥氏体均质化程度

转变温度因相变的”滞后”而高于上述理论值。加热速度越高，相变的”滞后”越严重。

焊接的快速加热不利于元素扩散,使得已形成的奥氏体来不及均匀化，加热速度越高,高温停留的时间越短，不均匀的程度就越严重。这种不均匀的高温组织，将影响冷却过程的组织转变。3、焊接冷却时热影响区的组织转变特点

焊接加热时，热影响区的组织转变特点对冷却时的转变有明显的影响，也就是说，即使是同一材料，在焊接或热处理条件下，尽管冷却速度相同，但因高温组织不完全相同，冷却后的室温组织并不一样。另外，具体的影响还与钢的成分有关。二、焊接热影响区的组织

焊接接头加热时各部位组织转变的情况依tmax而定，如tmax达到Ac1的部位开始发生α→γ相变,达到Ac3的部位转变终了；峰值温度达到Ac3+300℃(tks)，则晶粒急剧长大等。可见影响区的组织变化取决于tmax.因此按照tmax之不同将热影响区划分为以下几个区。1-熔合区；2-过热区；3-相变重结晶区；4-不完全重结晶区；5-母材；6-完全淬火区；7-不完全淬火区；8-回火软化区焊接热影响区的组织分布特征不易淬火钢易淬火钢（1）过热区：紧靠熔合区

加热温度：1100℃～1490℃（1100℃～固相线）

组织：粗大的过热组织。

特点：宽度为1～3mm，塑性和韧性下降。焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。（2）正火区：紧靠着过热区

加热温度：850℃～1100℃（AC3至1100℃）

组织：均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）

特点：宽度约1.2～4.0mm，力学性能优于母材。（3）部分相变区

加热温度：AC1～AC3之间

组织：F+P（F粗、细不均）相变的F，变细小；未相变的F，变粗大特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能稍差16Mn钢焊接热影响区焊缝金属母材熔合区过热区不完全重结晶区1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重长大,是焊接接头的薄弱地带。2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急热的条件下,会表现出高碳钢的行为。3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬组织、裂纹。

注意三、焊接热影响区的性能1、焊接热影响区的硬度分布

热影响区的最高硬度值可以通过实测确定，也可根据母材的化学成分估算.最常用的办法是利用碳当量公式，即将钢中各种元素的作用折合成碳的作用，相加而得到其碳当量.碳当量的计算公式。

适用于强度级别较高的低合金高强度钢(σb=500~1000MPa)

掌握一个钢种焊接热影响区最高硬度的大小，对于预测其接头的力学性能及开裂的倾向有重要意义。

CE越小，焊接性越好。CE

＜0.25％时，接性优良；CE

＝0.25%～0.4%时，焊接性良好；CE

＝0.4％～0.6％时，焊接性尚可；CE

＞0.6％时，焊接性差。经验

HAZ的硬度高低取决于母材的淬硬倾向（内因）HAZ的冷却速度（外因）化学成分

焊接热影响区的硬化焊接规范

(1)粗晶脆化粗晶脆化是由于晶粒严重粗化造成的，

晶粒尺寸越大，tcr值越高，脆化越严重。

在热循环的作用下，熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化。粗化程度受钢种的化学成分、组织状态、加热温度和时间的影响。如：钢中含有碳、氮化物形成元素，就会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大。例如18CrWV钢，晶粒显著长大温度可达1140℃之高，而不含碳化物元素的23Mn和45号钢，超过1000℃晶粒就显著长大。

晶粒粗大严重影响组织的脆性，尤其是低温脆性。一般来讲，晶粒越粗，则脆性转变温度越高。低碳调质钢焊条电弧焊完全淬火区组织400×a)过热区(粗大马氏体)b)细晶区(细小马氏体)

(2)热应变时效脆化多发生在低碳钢和碳锰低合金钢的亚热影响区(加热温度低于Ac3的部位)。主要是由制造过程中各种加工(如下料、剪切、弯曲、气割等)或焊接热应力所引起的局部塑性性应变与焊接热循环的作用叠加而造成的。（3）组织转变脆化焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化。对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等所造成。但对含碳量较高的钢（一般Ｃ≥0.2％），则组织脆化主要是高碳马氏体。（4）析出脆化由于焊接过程的快速加热与冷却，其热影响区组织处于非平衡态。在时效或回火过程中，其过饱和固溶体中将析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其它亚稳定的中间相等，使材料的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。

（5）热应变时效脆化在制造过程中要对焊接结构进行一系列冷、热加工，如下料、剪切、弯曲成型、气割等。若加工引起的局部应变、塑性变形的部位在随后又经历焊接热循环作用（处于HAZ内）便会引起材料脆化，称为热应变时效脆化。冷成形静应变时效脆化热成形动应变时效脆化（特别是

在200～400℃的预应变）HAZ焊缝封头焊接热影响区的软化经冷作强化的金属经热处理强化的金属焊接热循环作用再结晶软化过时效软化A—焊前淬火+低温回火B—焊前淬火+高温回火C—焊前退火1—淬火区

2—部分淬火区

3—回火区

软化现象主要出现在焊前经过淬火+回火的钢中.软化部位在回火区(加热温度为T回~Ac1的部位）)。母材焊前是退火状态，不存在软化现象。讨论随着热输入的增加，强度下降

焊接热影响区的性能控制控制焊接工艺过程改善母材的焊接性能

针对不同母材焊接热影响区的性能变化分析，合理制定焊接工艺，包括：

选择焊接线能量预热与缓冷焊后热处理（

正火、调质、去应力退火）控制焊接热循环控制HAZ组织X60管线钢HAZ在不同冷速下组织

采用低碳微合金化钢：利用微量元素弥散强化、固溶强化，提高材料的热稳定性（控制析出相的尺寸及母材晶粒尺寸）。采用控轧工艺得到细晶粒钢。近年来在国际上大力发展了冶金精炼技术，使钢中的杂质含量极低(O、N、H、S、P等杂质元素总和小于50PPM)，得到高纯净钢，使钢材的韧性大为提高，也提高了焊接热影响区的韧性。思考题1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有何影响？2、低合金钢焊接时，HAZ粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时相变有何影响？3、探讨低合金钢焊接HAZ受应力应变时对相变的影响4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？5、高强钢HAZ的脆化原因？在焊接工艺上如何防止？5、建立低合金钢HAZ最大硬度计算公式有何意义？6、高强钢HAZ的脆化原因？在焊接工艺上如何防止？7.如何提高焊接HAZ的韧化？在焊接工艺上如何防止？8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如何改善？9.调质钢焊接HAZ软化的原因？应如何改善和控制？本章结束谢谢观看焊接气孔控制

焊接中的气孔

焊接时溶池中的气泡在凝结时未能逸出而残留下来形成的空穴，叫气孔。它是焊缝中常见的缺陷之一，不仅出现在焊缝表面，也会出现在焊逢内部。(1)将降低焊接接头的严密性和塑性。(2)减小焊缝有效截面而使接头的机械强度下降。(3)如果是焊缝根部气孔和垂直气孔。可能造成应力集中，成为焊缝裂源。(4)如果制造和修复压力容器．可能因气孔问题，返修次数超标。使容器报废。气孔的危害蜂窝状气孔

案例分析

案例分析

案例分析

一、气孔的分布特征与产生的原因

1、焊缝中气孔与分布特征气孔分布特征往往与生成的原因和条件密切相关。

2、形成气孔的气体，一是来自周围介质，二是化学冶金反映的产物。按不同来源，气体可分为下述两种类型：（1）高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突然下降的气体。（2）在熔池进行化学冶金反应中产生而又不融解于液体金属中的气体。焊接低碳钢和低合金钢时易才产生氢气孔和一氧化碳气孔。

3、氢气孔产生的原因和特征氢是还原气体且扩散能力很强，在低碳钢焊缝中，气孔大都分布于焊缝表面，上下成喇叭口形。

4、一氧化碳气孔产生的原因和特征

CO主要是FeO、O2或其它氧化物与C作用的结果。特别是在熔滴区和熔池头部反应激烈。CO是在冶金反应后期形成的，而固相增多，随着温度的下降，难于从熔池中逸出。又CO气泡的逸出速度比氢气泡浮出速度低，因而CO

多在焊缝内部，沿晶粒方向分布，呈现条状，内壁有氧化颜色。

二、气孔形成的过程和影响原因

1、气孔形成的全过程气孔形成的全过程是：溶池中吸收较多的气体而达到过饱和状态→气体在一定条件下聚集形核→气体核心长大为具有一定尺寸的气泡→气泡上浮受阻残留在凝固后的焊缝中形成气孔。

气泡长大需要两个条件：一是气泡的内压足以克服其所受的外压；二是长大要有足够的速度，以保证在凝固前达到一定的宏观尺寸。2、气孔生成的因素（1）冶金因素对气孔的影响1）熔渣氧化性的影响。焊接时，熔渣氧化性的强弱对产生气孔的倾向有明显的影响。

熔渣的氧化性增强。CO气孔的倾向就增加，而氢气孔的倾向减小；熔渣的还原性增强则相反。

无论是酸性还是碱性熔渣，只有当氧化性在一定范围之内时焊缝才不会产生气孔。2）焊条药皮与焊剂组成物的影响

CaF2可以去氢，是因为CaF2在焊接中能与焊接区的氢形成稳定的HF，HF在高温时不发生分解，也不溶于金属中。所以，用碱性焊条或加CaF2的焊剂焊接低碳钢，可以有效地防止氢气孔。

实践证明，在HJ431中适量的CaF2和SiO2共存时，也可形成稳定的HF。

酸性焊条防止氢气孔主要是提高药皮的(SiO2、MnO、FeO、MgO等)氧化性，使氧化物与氢在高温时形成稳定性仅次于HF的OH。生成的OH不仅降低了氢的分压，而且也不溶于金属，对消除氢气孔也是有效的。

焊接区内的铁锈、水分、油污等对生成氢气孔的影响是很大的。其中铁锈中的高价氧化物和结晶水，高温时可分解出FeO、H2、H、O和OH等，结果使焊缝的氧化性增加，同时增加了气氛中氢的分压，因而使产生CO气孔和氢气孔的倾向都有增加。因此，采用碱性焊条焊接时，焊前必须把焊接区内的铁锈、水分、油污等清理干净。而酸性焊条对铁锈和水分的敏感性较低。3）铁锈（mFe2O3•nH2O）及水分等的影响（2）工艺因素对气孔的影响

工艺因素是指焊接工艺有关的因素，如焊接工艺参数和操作技能等。熔池存在的时间t与焊接工艺参数的关系为：

t＝KUI/v

式中K——常数，与被焊材料热物理性能有关；

U——电弧电压，V；

I——焊接电流，A；

v——焊接速度，cm/s。

由上式可知，为了减小焊缝中气孔，应适当增加熔池的存在时间t。增加t可通过增大电弧功率或降低焊接速度来实现。但要注意，因焊接电流过大，使熔滴过细而比表面积增大，熔滴吸收氢气增加，焊缝产生气孔倾向反而增加（因奥氏体和耐热钢焊条的电阻比碳钢的大，增大焊接电流会导致药皮发红、脱落和药皮中的碳酸盐提前分解，气孔倾向增加）。实践证明，提高电弧电压会使熔池保护性能变差，氮气孔倾向增加。提高焊接速度，会使结晶速度增加，气孔倾向也增加。

电流种类和极性与气孔之间的关系是，当使用未烘干的焊条，采用交流电时，焊缝中最容易产生气孔；采用直流，气孔较少；采用直流反接时，气孔倾向最小。交流直流正接直流反接含氢量

其原因是，氢以质子形式向熔池中溶解的同时，由原子释放出一个电子：

H→[H＋]+e

许多研究认为，氢是以质子形式向液态金属中溶解。当工件接负时，液态金属的表面上有较多的电子，反应式向左进行，氢向熔池溶解受到阻碍；直流正接时，熔池表面为阳极有利于氢质子的形成，但形成的氢质子一部分熔入熔池，另一部分在电场的作用下向阳极运动，所以气孔倾向大于直流反接；交流电在电流通过零点的瞬时，氢质子可以顺利的进入溶池，因此交流电气孔倾向最大。

定位焊是固定结构尺寸和减小结构变形的焊缝。

由于焊缝尺寸短、气保护性差、母材温度低、冷却速度快，所以定位焊缝处出现气孔倾向高。有时定位焊接上的气孔成为正式焊缝中的气孔核心。为此，定位焊一定要按正式焊缝来要求。为防止气孔的产生，焊前对焊接区、焊丝要认真清理，对焊条（焊剂）分类严格按要求烘干，对操作者要求持证上岗等，切断气孔来源。

气孔是焊缝中常见的一种缺陷，产生的因素是多方面的，它的存在会使焊缝截面减小、强度降低，还会使腐蚀加剧，导致结构过早失效。因此，对气孔要给予足够的重视，根据生产条件采取相应措施。

结束语原因分析

⑴焊接过程中由于防风措施不严格，熔池混入气体；

⑵焊接材料没有经过烘焙或烘焙不符合要求，焊丝清理不干净，在焊接过程中自身产生气体进入熔池；

⑶熔池温度低，凝固时间短；

⑷焊件清理不干净，杂质在焊接高温时产生气体进入熔池；

⑸电弧过长，氩弧焊时保护气体流量过大或过小，保护效果不好等。

防治措施

⑴母材、焊丝按照要求清理干净。

⑵焊条按照要求烘焙。

⑶防风措施严格，无穿堂风等。

⑷选用合适的焊接线能量参数，焊接速度不能过快，电弧不能过长，正确掌握起弧、运条、息弧等操作要领。

⑸氩弧焊时保护气流流量合适，氩气纯度符合要求。治理措施

⑴焊接材料、母材打磨清理等严格按照规定执行；

⑵加强焊工练习，提高操作水平和操作经验；

⑶对有表面气孔的焊缝，机械打磨清除缺陷，必要时进行补焊。谢谢观看！焊缝夹杂物控制氧化物夹渣焊缝中的夹杂

图为某钢板对接焊缝，V型坡口，焊接方式：手工电弧焊，影像中缺陷的性质为夹杂。一、夹杂物的种类及危害金属中存在夹杂物，会使塑性和韧性下降。焊缝中存在夹杂物还会增加热裂纹和层状撕裂的敏感性。（1）夹渣的分类

a.金属夹渣:

指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝之,习惯上称为夹钨、夹铜。

b.非金属夹渣:

指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之。

氧化物夹杂：焊接金属材料时，氧化物夹杂的存在较为普遍。氧化物夹杂的主要成份是SiO2、MnO、\TiO2、CaO和A12O3等。一般多以复合硅酸盐形式存在，这种夹杂物主要是降低焊缝韧性。非金属夹渣

这种夹杂物的熔点都比母材金属低，如果它们密集地以块状或条状分布时，往往会引起热裂纹。如14MnMoVN钢采用E5016焊条焊接时，焊缝中硅酸盐夹杂物会引起裂纹。氧化物夹杂主要是由熔池中的FeO与其他元素冶金反应生产的，只有少数熔渣因工艺和操作不当造成夹杂。0Cr18Ni9钢中硅酸盐与氧化物构成的复合夹杂

氮化物夹杂：在良好保护条件下焊接时，生成氮化物夹杂的几率很小。在保护不良的情况下焊接碳钢和低合金钢时，与空气中的氮反应生成氮化物Fe4N夹杂，残留在焊缝金属中。氮化物在时效过程中以针状分布在晶内上或穿过晶界，使焊缝金属的塑性、韧性急剧下降。

少量的氮化物可使钢的强度提高。例15MnVN、14MnMoVN钢中，氮可以与V、Mo、Ti、Al等元素形成氮化物，弥散分布在基体中，在不损失韧性的条件下大幅度地提高钢的强度。

硫化物夹杂：硫化物主要来源于焊条或焊剂原材料中，经过冶金反应进入熔池。但当母材或焊丝中含硫量偏高时，焊缝中也会产生硫化物夹杂。硫在δ－Fe中最大的溶解度为0.18%，在γ－Fe中为0.05%，当焊缝中的硫量大于这个数值时，硫便会从过饱和的固溶体中析出，而成为硫化物夹杂。

焊缝中的硫化物有MnS和FeS两种形式。其中FeS的危害较大。因FeS沿晶界析出，并与铁或氧化铁形成988℃的低熔点共晶，促使形成热裂纹。硫化物夹杂夹杂物性质分析金属夹渣钛合金板对接焊缝，V型坡口；焊接方式：钨极氩弧焊，影像中缺陷的性质；缺陷：夹钨。

有些细小，均匀分布的夹杂物，如TiO等在钢铁焊缝中可以作为固态相变的形核剂，促进焊缝金属中针状铁素体的形成，细化组织，改善焊缝金属的韧性与塑性。

夹杂物也可以由多个物相组成的复合物,组成夹杂物的物质:MnO2、3MnO·Al2O3·SiO2、TiN、CaO·2Al2O3、SiO2、CaO·2TiO2等。说明：

夹渣的分布与形状有单个点状夹渣,条状夹渣,链状夹渣和密集夹渣。线状夹渣点状夹渣(3)夹渣产生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多层焊时,层间清渣不彻底;d.焊接线能量小;e.焊缝散热太快,液态金属凝固过快;f.焊条药皮,焊剂化学成分不合理,熔点过高；g.钨极惰性气体保护焊时,电源极性不当,电流密度大,钨极熔化脱落于熔池。h.手工焊时,焊条摆动不良,不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。

夹杂物的控制措施

防止夹杂物应严格控制来源，从冶金方面入手，即正确的选择焊条、焊剂，保证脱硫、脱氧能充分的进行。此外，要严格限制焊丝、母材中杂质的含量。保证焊接工艺的正确。其次是提高操作技能。具体的措施应:A.选择合适的焊接线能量，保证熔池的存在时间，便于熔渣的浮出；

B.多层焊，特别是打底焊，必须清除前一道焊缝的渣壳后，才能焊下一道；

C.正确的摆动焊条，以便熔渣的浮出；焊接时要采用短弧，避免长弧。

D.埋弧焊焊剂有足够的厚度，气保焊要有足够的气体流量，防止空气的侵入。

防止夹钨引弧

为什么焊条电弧焊角焊缝比平对接更容易出现夹渣？技能训练中如何控制？焊缝夹渣产生的原因及控制措施？讨论

焊接接头裂纹控制

概述

一、裂纹危害性

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。

1943年美国T-2油轮发生断裂案例分析案例分析案例分析越南桥梁坍塌造成大量人员伤亡案例分析1——焊缝中的纵向裂纹与弧形裂纹（多为结晶裂纹）2——焊缝中的横向裂纹（多为延迟裂纹）3——熔合区附近横向裂纹（多为延迟裂纹）4——焊缝根部裂纹（延迟裂纹、热应力裂纹）5——近缝区根部裂纹（延迟裂纹）6——焊趾处纵向裂纹（延迟裂纹）7——焊趾处纵向裂纹（液化裂纹）8——焊道下裂纹（延迟裂纹、液化裂纹、高温低塑性裂纹）9——层状撕裂

裂纹的识别

按产生的部位

按裂纹分布的走向分

①横向裂纹②纵向裂纹③星形（弧形裂纹）

按产生本质分类

1）、热裂纹（高温裂纹）

产生：热裂纹(高温裂纹)高温下产生存在部位：焊缝为主,热影响区近缝区也会产生。

特征：宏观看,沿焊缝的走向成纵向分布（连续或断续）也可看到缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽，微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质。

热裂纹分类

结晶裂纹：在凝固的过程--结晶过程中产生。高温液化裂纹：在高温下产生,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂。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,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。HAZ液化裂纹晶间裂纹多边化裂纹2）冷裂纹产生温度：温度区间在+100℃～-75℃之间。存在部位:多在热影响区,但也有发生在焊缝。特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。冷裂纹分类：延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的钢种易产生这种裂纹（与氢含量关系不大）。低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下，由于收缩应变超过了材料本身的塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。延迟裂纹扩展后的冷裂纹

3）再热裂纹（消除应力处理裂纹）

由于重新加热（热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。4）层状撕裂：

由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。

钢板内的层状夹杂热裂纹与冷裂纹的基本特点

裂纹

热裂纹

冷裂纹

产生温度

高温下产生

低温下产生宏观特征沿焊缝的轴向成纵向分布,也有横向分布，裂口均有氧化色彩表面无光泽

断口具有发亮的金属光泽微观特征沿晶粒边界分布，属于沿晶断裂性质晶间断裂，也有穿晶内断裂，也有晶间和穿晶混合断裂产生部位

焊缝、热影响区热影响区、焊缝

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。结晶裂纹裂纹产生在杂质偏析的部位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②固液阶段：这一区也称为“脆性温度区”即图上a、b之间的温度范围③固相阶段：也叫完全凝固阶段

以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分为以下三个阶段：①液固阶段：（1区）

Tb—称为脆性温度区，在此区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属,Tb小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产生裂纹的倾向也大。3）产生结晶裂纹的条件在ＴＢ焊缝的塑性用P表示,当在某一瞬时温度时有一个最小的塑性值（Pmin)（出现液态薄膜时）受拉伸应力所产生的变形用e表示，也是温度的函数。

在脆性温度区焊缝所承受的拉伸应力所产生的变形大于焊缝金属所具有的塑性时产生裂纹即:高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生塑性应变量。产生裂纹的条件

Δδ＜ε②脆性温度区（TB）内金属的塑性，TB内金属的塑性越小，越易产生结晶裂纹。结论

①脆性温度区间大小,TB大，拉应力作用时间长，产生裂纹可能性大，决定于焊缝化学成分，杂质性质与分布，晶粒大小。③TB内随温度降低变形的增长率（拉伸应力的增长率）,临应变率CST越大,则表示材料的热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。2、焊接结晶裂纹的影响因素

1）冶金因素①结晶温度区间：

合金状态图脆性温度区的大小随着该合金的整个结晶温度区间的增加而增加。②合金元素

a)、S、Pi)S、P增加结晶温度区间,脆性温度区间TB↑裂纹↑

ii)S、P产生低温共晶,使结晶过程中极易形成液态薄膜,因而显著增大裂纹倾向。iii)P、S引起成分偏析.P、S偏析系数K越大,偏析的程度越严重.偏析可能在钢的局部地方形成低熔点共晶产生裂纹。

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S、P在小相中溶解度低，析出S、P集富在晶界上，裂纹↑

c)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<0.16%S↑裂↑但加入Mn↑裂↓含碳量C>0.16%P对形成结晶裂纹的作用超过了S，Mn↑无意义。d)、Si

硅是δ相形成元素，利于消除结晶裂纹，δ相中S、P溶解度大缘故，Si>0.4%易形成低熔点的硅酸盐夹杂使开裂↑

对硫的亲合力大，形成高熔点的硫化物，消除结晶裂纹有良好的作用。e)、Ti、锆（Zｒ）和稀土元素2)力的因素

在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性温度区内金属所承受的拉伸应力。产生结晶裂纹的充分条件：—在脆性温度区内金属的强度—在脆性温度内金属所承受的拉伸应力金属的强度决定于—晶内强度—晶间强度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、Al③调整熔渣的碱度2)、工艺方面（减少应力）

a）合理的成形系数Φ=B/H要求：1﹤Ф

<7b）调整冷却速度冷速越大，应力越大，开裂倾向增加c）调整焊接顺序先焊接短焊缝，再焊接长焊缝a）同心圆式（不好）b）平行线式（不好）c）放射交叉式（好）

从减少焊接应力考虑，为什么图中标出的焊接顺序合理，并说明理由。四、近缝区液化裂纹

1、产生部位及材料

通常产生在母材的热影响区的粗晶区，也可产生在多层焊缝的焊层之间,液化裂纹属于晶间开裂性质，裂纹断口呈典型的晶间开裂特征。。

2、产生原因

1）近缝区晶界处存在低熔点杂质。

2）近缝区存在晶间液膜(低熔点共晶体)。容易产生的部位液化裂纹3、影响因素

1）化学成分2）工艺因素4、防止措施1）选用对液化裂纹敏感性较低的母材如采用电炉精炼的方法，去除合金中的杂质。2)减小焊缝的凹度3）焊接工艺上，采用小线能量

避免近缝区晶粒粗化。减小凹度的方法焊接冷裂纹

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，几天或更长时间。一、冷裂纹的一般特征

二、冷裂纹种类

延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它是焊后出现，因此危害性更大。延迟裂纹三种形态1）焊趾裂纹—缝边裂纹2）焊道下裂纹3）根部裂纹三、延迟裂纹产生的原因

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。

高氢带的形成过程

氢在γ相中的溶解度大大高于在α相中的溶解度。在快冷时，在γ→α转变时氢来不及析出，而以过饱和的形式溶解于α相中。

氢在α相中的扩散能力比在γ相中高因此，在发生γ→α转变时氢的溶解度突降，而扩散能力突升这两个突变决定了氢在冷却过程中（在发生γ→α转变时）由α相向γ相中扩散并聚集在γ相中。延迟断裂时间与应力的关系

应力不同潜伏期与扩散期相应变化，应力越大，延时越短。当应力低于一定值(σLc)时，延时无限延长，不发生开裂；当应力达到一定（σUc）时立即断裂，没有延时现象。

氢与拘束应力的共同作用——产生延时现象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2）淬硬产生晶格的缺陷

开裂倾向铁索体或珠光体—贝氏体—板条状马氏体—马氏体十贝氏体—针状马氏体大小

2、氢的作用

氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的重要因素之一,氢具有延迟作用,由氢引起的延迟裂纹称为氢致裂纹也称氢诱发裂纹。1）氢在焊缝金属中的溶解与扩散

2）金属组织对氢的扩散影响3）热影响区氢致裂纹产生氢在致裂过程中动态行为4）氢致裂纹开裂机理

裂缝顶端三向应力区HHHHHHH扩散氢裂纹扩展H2新的三向应力区HHHHHHH

氢致裂纹扩展过程

氢开始向缺陷前沿高应力部位扩散。焊缝中氢的平均浓度越高，则扩散的氢数量越多，扩散的速度也越高。当氢聚集到发生裂纹所需要的临界浓度时，便开始产生微裂。由于裂纹尖端的应力集中，促使氢进一步向尖端高应力区扩散，裂纹扩展。氢的扩散、聚集并达到临界浓度都需要时间，这就形成了氢致裂纹的延时特征。3、焊接接头的拘束应力a、热应力与母材焊条金属的热物理性质及刚度有关。

b、组织应力—相变、组织比容不同而产生

c、附加应力—结构自身拘束条件所造成的应力包括结构的形式、焊缝位置、施焊的顺序。

冷裂纹控制措施

1）冶金措施

①（低碳微量多合金）②[H]↓选用低氢焊接材料，低氢焊接方法如CO2焊。③控制氢的来源，烘干焊条、清理焊件焊丝。④加入某些合金元素，提高塑性。⑤采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾向较大的低合金高强钢，避免冷裂纹。2）工艺措施

①选择合适的焊接线能量q↑、V冷↓、t100↑减少开裂倾向，但有晶粒粗大现象。如果线能量太小，V冷↑，会出现脆硬的组织。②预热冷却速度↓[H]外逸。③后热[H]↓消氢处理350℃保温1—2小时，使氢外逸，焊后消除应力退火。

对于需要较高预热温度的中碳钢，高碳钢及中碳调质高强钢，如果由于形状复杂或需要在结构内部施焊等因素要避免高温预热时，采用后热并配合低温的预热特别见效。

④防止焊缝分布密集，避免交叉焊缝。消除应力集中部位如缺口，坡口形状对称。消除应力裂纹

焊后再加热,消除应力退火,高温工作时500—600℃过程中产生裂纹,又称再热裂纹。一、消除应力裂纹的特征

1、裂纹产生部位：近缝区的粗晶区，止裂于细晶区，沿晶间开裂，裂纹大部分晶间断裂，沿熔合线方向在奥氏体粗晶粒边界发展。

产生于某些低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金焊后的再次高温加热过程中。

福建炼化公司G-2071、G-2073两台2000m3丙烯球罐由合肥通用机械研究所1999年2月设计，武钢提供板材，广重压力容器公司压片，中石化第十建设公司现场安装，合肥通力工程建设监理有限公司现场监理。设计压力：2.16MPa；设计温度：－20～50℃；材质：07MnCrMoVR；规格：ф15700×46mm；2000年1月投产运行。

2001年2月开罐检验发现在球罐内、外壁分布200多条表面裂纹，以赤道带环缝居多。大环缝缺陷返修后，对赤道带环缝进行整体热处理。现场经多次焊接修复和几次热处理均不同程度发现了多条在HAZ粗晶区呈沿晶开裂的裂纹。最大裂纹长度达到2m，最大深度为20mm。案例

消除应力裂纹2、敏感的温度范围:一