焊接裂紋

焊接裂紋是焊接件中最常見的一種嚴重缺陷。在焊接應力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產生的縫隙。它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特徵。裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷。焊接裂紋不僅發生於焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產生於焊後的再次加熱過程中。焊接裂紋根據其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。

基本介紹

• 中文名：焊接裂紋
• 常見缺陷：材料性能變壞，產生裂紋和氣孔
• 分類：熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋
• 屬性：最常見的一種嚴重缺陷

分類

熱裂紋

多產生於接近固相線的高溫下，有沿晶界（見界面）分布的特徵；但有時也能在低於固相線的溫度下，沿“多邊形化邊界”形成。熱裂紋通常多產生於焊縫金屬內，但也可能形成在焊接熔合線附近的被焊金屬（母材）內。按其形成過程的特點，又可分為下述三種情況。

結晶裂紋

產生於焊縫金屬結晶過程末期的“脆性溫度”區間，此時晶粒間存在著薄的液相層，因而金屬塑性極低，由冷卻的不均勻收縮而產生的拉伸變形超過了允許值時，即沿晶界液層開裂。消除結晶裂紋的主要冶金措施為通過調整成分，細化晶粒，嚴格控制形成低熔點共晶的雜質元素等，以達到提高材料在脆性溫度區間的塑性；此外，從設計和工藝上儘量減少在該溫度區間的內部拉伸變形。

液化裂紋

主要產生於焊縫熔合線附近的母材中，有時也產生於多層焊的先施焊的焊道內。形成原因是由於在焊接熱的作用下，焊縫熔合線外側金屬內產生沿晶界的局部熔化，以及在隨後冷卻收縮時引起的沿晶界液化層開裂。造成這種裂紋的情況有二：一是材料晶粒邊界有較多的低熔點物質；另一種是由於迅速加熱，使某些金屬化合物分解而又來不及擴散，致局部晶界出現一些合金元素的富集甚至達到共晶成分。防止這類裂紋的原則為嚴格控制雜質含量，合理選用焊接材料，儘量減少焊接熱的作用。

多邊化裂紋

是在低於固相線溫度下形成的。其特點是沿“多邊形化邊界”分布，與一次結晶晶界無明顯關係；易產生於單相奧氏體金屬中。這種現象可解釋為由於焊接的高溫過熱和不平衡的結晶條件，使晶體內形成大量的空位和位錯，在一定的溫度、應力作用下排列成亞晶界（多邊形化晶界），當此晶界與有害雜質富集區重合時，往往形成微裂紋。消除此種缺陷的方法是加入可以提高多邊形化激活能的合金元素,如在Ni-Cr合金中加入W、Mo、Ta等;另一方面是減少焊接時過熱和焊接應力。

冷裂紋

根據引起的主要原因可分為淬火裂紋、氫致延遲裂紋和變形裂紋。

淬火裂紋

產生在鋼的馬氏體轉變點(Ms)附近(見過冷奧氏體轉變圖)或在200℃以下的裂紋，主要發生於中、高碳鋼，低合金高強度鋼以及鈦合金等，主要產生部位在熱影響區以及焊縫金屬內。裂紋走向為沿晶或穿晶。形成冷裂紋的主要因素有:①金屬的含氫量偏高;②脆性組織或對氫脆敏感的組織；③焊接拘束應力（或應變）。

氫致延遲裂紋

焊接過程中溶於焊縫金屬內的氫向熱影響區擴散、偏聚，特別是在容易啟裂的三軸拉應力集中區富集，引起氫脆，即降低金屬在啟裂位置（或裂紋前端）的臨界應力，當此處的局部應力超過此臨界應力時，就造成開裂。這種裂紋的形成有明顯的時間延遲的特徵，其原因在於氫擴散富集需要時間(孕育期)。產生此種裂紋的條件是存在著氫和對氫敏感的組織，同時又有較大的拘束應力。因此，它常產生在嚴重應力集中的焊件根部和縫邊，以及過熱區。防止的措施包括：①降低焊縫中的含氫量，例如採用低氫焊條，嚴格烘乾焊接材料等；②合理的預熱及後熱；③選用碳當量較低的原材料；④減小拘束應力，避免應力集中(見金屬中氫)。

氫致延遲裂紋

變形裂紋

這種裂紋的形成不一定是因為氫含量偏高，在多層焊或角焊縫產生應變集中的情況下，由於拉伸應變超過了金屬塑性變形能力而產生。

再熱裂紋

產生於某些低合金高強度鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不鏽鋼以及鎳基合金焊後的再次高溫加熱過程中。其主要原因一般認為當焊後再次加熱到 500～700℃時，在熱影響區的過熱區內,由於特殊碳化物析出引起的晶內二次強化，一些弱化晶界的微量元素的析出，以及使焊接應力鬆弛時的附加變形集中於晶界，而導致沿晶開裂。因此，這種裂紋具有晶間開裂的特徵，並且都發生在有嚴重應力集中的熱影響區的粗晶區內。為了防止這種裂紋的產生，首先在設計時要選擇再熱裂紋敏感性低的材料，其次從工藝上要儘量減少近縫區的內應力和應力集中問題。

層狀撕裂

主要產生於厚板角焊時，見附圖。其特徵為平行於鋼板表面，沿軋制方向呈階梯形發展。這種裂紋往往不限於熱影響區內，也可出現在遠離表面的母材中。其產生的主要原因是由於金屬中非金屬夾雜物的層狀分布，使鋼板沿板厚方向塑性低於沿軋制方向，另外由於厚板角焊時在板厚方向造成了很大的焊接應力，所以引起層狀撕裂。通常認為片狀硫化物夾雜危害最大，而層狀矽酸鹽和過量密集的氧化鋁夾雜物也有影響。防止這種缺陷，主要應在冶金過程中嚴格控制夾雜物的數量和分布狀態。另外，改進接頭設計和焊接工藝，也有一定的作用。

常見缺陷

焊接件中最常見的一種嚴重缺陷。金屬的焊接性中包括了兩大類的問題：一類是焊接引起的材料性能變壞，使焊件失掉了材料原來特有的性能，如不鏽鋼焊後失掉其耐蝕性等；另一類是在焊接接頭或其附近的母材內產生裂紋和氣孔等缺陷。

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