焊接裂纹的分析与处理
我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最佳的处理方案。因此必须要对裂纹进行认真的分折。
根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的则必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的则是放置或运行一段时间之后才出现。
1.焊缝裂纹的分类
根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。
1.1热裂纹
热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。（1）结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂
纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。
结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，表面无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。（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以及母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。
液化裂的特征：
①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方（部分溶化区），或多层焊缝的层间金属中。
②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间发展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界发展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。
从被焊的材料上看，液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度钢、奥氏体钢以及某些镍基合金等材料中。
（3）多边化裂纹--焊接时，焊缝或近缝区在固相线以下的高温区间，由于刚凝固的金属存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)和严重的物理及化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于晶格缺陷的
移动和聚集，便形成了二次边界，即所谓的“多边化边界”这个边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以他的组织疏松，高温时的强度、塑性都很低，只要此时受少量的拉伸变形，就会沿着多边化的边界开裂，即所谓多边化裂纹。又称高温低塑性裂纹。
多边化裂纹的特征：
裂纹多发生在受热的金属中，其部位并不都紧靠熔合线(或焊缝层间的重熔线)。
1.2、冷裂纹
冷裂纹在相当低的温度（大约在钢的马氏体转变温度），由于拘束应力、淬硬组织和氧的作用下，在焊接接头产生的裂纹即属冷裂纹。冷裂纹分三类
（1）延迟裂—冷裂纹中较普遍的形态不是在焊后出现，有一端孕育期，产生延迟现象。
延迟裂产生的不同部位可分成三种形态
①焊趾裂—这种裂纹起源于焊缝和母材的交界处，并有明显的应力
集中的地方，裂纹取向经常与焊缝纵向平行，一般由焊趾的表面开始，向母材深处延伸。(见照片1、照片2)
趾根裂
照片1
焊趾裂
照片2
②焊道下裂纹--这种裂经常发生在淬硬倾向较大，含氢量较高钢种的焊接的影响区，一般情况下裂纹取向与熔合线平行，但也有时垂直与熔合线。
③根部裂纹—这种裂纹是延迟裂纹中比较常见的一种形态，主要发生在使用含氢量较高的焊条和预热温度不足（或根本不预热）的情况下。这种裂纹与焊趾裂相似，起源于焊缝根部的最大应力集中处，根部裂可能发生在焊接热影响区(粗晶区)也可能发生在焊缝的金属内，这决定于母材和焊缝的强度、塑性以及根部的形状。
(2)淬硬脆化裂纹（淬火裂）--有些钢种由于淬硬倾向比较大，即便在没有氢的条件下，仅由拘束应力的作用，也能导致开裂。这种裂纹除了出现在热影响区之外，还有时出现在焊缝上，这种裂纹主要是由淬硬组织引起的，故又称淬火裂纹，是冷裂纹的一种形态，它基本是没有延迟时间，焊后就裂。
(3)低塑性脆化裂纹--某些材料焊接时，在比较低的温度下，由于收缩应力超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹称为低塑性脆化裂纹，如铸铁和某些脆性材料焊接，在热影响区常常出现边焊边裂几乎没有延迟现象。堆焊硬质合金和某些淬硬性较高的高强度钢时，也常出现这种低塑性脆化裂纹。
低塑性裂是冷裂纹的又一种形态，它与一般延迟裂纹不同的是，这种裂纹前圆钝，裂纹本身具有一定宽度，走向直通，似乎有些脆断的特征。
综上所述总结，冷裂纹一般特征如下：
从冷裂纹形成时期看，它是在焊后较低的温度下发生的，对于易淬硬的高强钢来讲，冷裂一般是在焊后冷却过程中，马氏体附近或200—300℃以下温区间发生。
从断口看，宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征，是一种无分叉的纯断裂并呈人字形发展。
从裂纹出现的时间看，冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时经过一段时间（12小时、几天、甚至更长的时间才出现），（即所谓的延迟裂纹）
冷裂纹主要发生在高碳钢、中碳钢、低合金或中合金钢的热影响区，但有些金属，如某些金属成分较高的超高强钢，钛及钛合金等有时也产生在焊缝金属上。
冷裂纹是目前生产中影响较大的一种缺陷，甚至造成灾难事故。
1.3、再热裂纹
焊接后，焊接接头金属处于残余应力作用的状态中，焊后需要进行消除残余应力热处理时，（或不经热处理的焊件，处在一定温度下服役的过程），在一定条件下产生的沿奥氏体晶界发展的裂纹，称为再热裂纹。由于这种裂纹是在重新加热（热处理或高温服役）过程中产生的，故称“再热裂纹”，又称“消除应力处理裂纹”。
再热裂纹的特征：
在通常的情况下，再裂纹都起裂于焊趾，焊根等由几何形状发生变化引起的应力集中处。
再热裂纹的产生与加热温度和加热时间有密切关系，存在与最易于产生再裂纹的敏感温度范围。如低合金高强度钢一般在500—700℃之间，钢种不同，易产生再热裂纹的敏感温度并不相同。
再热裂纹的产生必须有大的残余应力和应变为先决条件。因此，再热裂纹最易于产生在大拘束度的厚件或应力集中部位。
再热裂纹多发生在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含有沉淀化元素的钢种的焊接接头中。
1.4、层状撕裂
在大型焊接结构件中特别是厚板（30—100名木甚至更厚的轧制钢板）的焊接结构，如果焊接时在钢材厚度方向承受较大的拉伸拘束应力，就可能在热影响区或靠近热影响区的部位，平行于钢材的轧制方向产生具有阶梯状宏观形貌裂纹。这类裂纹称为层状撕裂。层状撕裂大多发生在大厚度高强度钢材的焊接结构。在无损探伤的条件下，层状撕裂往往不容易发现。由于层状撕裂常常发生在装焊结构完成之后，因而是一种难以修复的结构破损甚至造成灾难性的事故。
层状撕裂的特征：发生的位置出现在母材和热影响区中，焊缝金属中不可能出现层状撕裂，在裂缝形态上看，裂缝平行于母材轧制方向。就接头形式而言，容易产生的接头一般是T型，角接或十字型接头，一般对接头很少发现，但是在焊趾和焊根处由于冷裂的诱发也会出现。层状撕裂与冷裂不同，它的产生与钢种强度无关。
1.5应力腐蚀裂
金属材料在某些特定介质和控应力联合作用下所产生的延迟裂
现象，称为应力腐蚀裂。
应力腐蚀裂的特征--应力腐蚀裂纹所造成的危害很大。应力腐蚀裂纹形态从表面看，无明显均匀腐蚀的痕迹，裂纹的分布如同疏松的网状或龟裂形式，断断断续续，而且以近似横向的裂纹占多数，金腐内部的腐蚀裂纹，它的形态如同树根一样，并且总是由表面向纵深方向往里发展，其裂位的深与宽比值很大，细长而带有分支。
焊缝裂是由多种因素造成的，有的是设计结构不合理、有的是组焊工艺不合理、有的是施焊过程中，由于规范不合适或操做不当造成各种缺陷，在机车运用中引发疲劳裂纹或应力腐蚀裂。如果这些裂纹没能及时发现将引发母材裂，会造成很大的结构破坏和损失。因此我们在厂修车发现裂纹时要做具体分析，然后制定可行的施修方案。
2.设计结构不合理
设计结构不合理会使钢性不够造成焊缝或母材裂。这种裂的特征通长是同位置形成批量。
照片3 照片4 例如北京型构架试生产初期，75号车以前的转向架构架，车轴齿轮箱拉臂座裂。就是由于设计不合理造成的同位置形成批量。原设计采用钢板组焊件，立板、盖板与筒体连接位形成高应力集中区，同横梁盖板
时钢性和强度严重下降，造成疲劳焊缝、母材裂。后耒更改了设计，将钢板组焊件改为铸钢件。得到彻底解决。(见照片4)
3.组焊工艺不合理
组焊工艺不合理造成的焊缝裂及母材裂也是重要原因之一。它的特征也同样是会形成批量的。
例如北京型构架横粱，(见照片3)最初工艺规定，箱形结构梁先组装下盖板和立板，然后对下盖板和立板、立板和隔板内部进行勾焊。最后组装上盖板施焊外侧角焊缝。上盖板，中间弯曲直径420mm压型不合适。在组装时需用卡具强制压卡，在焊接后产生较大的应力集中区，尽管采用了整体退火，由于内部没有勾焊，在运用中造成焊缝母材撕裂。最严重时下盖板、两侧立板母材完全贯穿裂。当时北京型是客运主型机车，是相当危险的。后来对工艺进行了更改，先组装上盖板和立板，然后对上盖板和立板、立板和隔板内部进行勾焊。使这一严重的质量问题得到彻底解决。
图1
再如东风7D型构架，99年底金成江、麻尾段构架批量裂。就是
因为即有设计、工艺和施工的等问题综合原因所造成的。通过（图一）的分析，我认为主要是补板组装顺序不对，立板与隔板、立板与盖板在没有进行施焊的状态下组装的加强补板。
由于机车在山区小半径运行，构架两侧箱形结构侧梁，内部的隔板与外立板没有焊接，使机车运行过弯道时横向拉力严重下降，产生了较大的颤动，造成构架焊缝、母材的疲劳撕裂。导致全部更新为加强型转向架。损失剧大，教训极为深刻。
4.焊接缺陷造成的焊缝裂
我们在钢结构件施焊中的焊接缺焰，咬边、气孔、收缩裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等都会埋下裂的陷患。
照片5 照片 6
照片7
无间隙
焊缝
无间隙
焊缝裂
例如（照片5、照片7）就是我厂生产的电力机车司机室面板在组对时没有预留间隙，即行焊接。焊后进行打磨失去了有效焊肉造成的焊缝裂，第一台焊缝裂38处，第二台裂100余处。造成了很大返工。
例如5130厂修车（照片8）就是由于T 形焊缝交点接头处弧坑所引发的立板对接焊缝边缘裂，下底板引发的母材裂。
照片8 照片9 例如5130厂修车（照片9）就是因为两条角焊缝的连接点间断没有封死引发的母材裂。
再例如5236厂修机体（照片11）可以看到原焊缝裂，用角型砂轮采用冷消除法打开后，发现焊缝内部较大的气孔缺陷造成的焊缝裂。
5.对焊缝裂进行分析有针对性的制定方案
对厂修车钢结构件发现的焊缝裂或母材裂，必须要做认真的初步分析，有针对性的制定有效施修方案才能取得好的效果。
接头缺陷母材裂
气孔裂
焊缝裂
照片10 照片11
例如厂修5130车架（照片10）是车架侧梁中立板对接焊缝裂。从照片上我们可以看到显示的是焊缝中间裂，从焊缝表面看焊缝没有任可缺陷，很完美。我们初步分析，并不属于前边我们讲到的热裂纹的结晶裂。结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段。理论上并不存在延迟裂的可能，如果按结晶裂的特征表现，因该发生在新造车交检交验就有所表现。经查此台车是92年出厂，正是我厂焊接质量滑波期，因此我们怀疑是对接焊缝背面的质量问题，针对这一分析制定施修方案，将车架边梁顶板切开一个窗口，探查内侧发现：原新造时，中立板对接焊缝背面跟本没焊，而且对接缝间隙过大并加了8mm的铁条。(技术文件规定对接焊缝严禁加充填物)外侧焊缝没有焊透，导致运用中的断裂。
5.裂纹的处理
裂纹的处理很关键。其工序包括：打止裂孔及裂纹的消除、预制坡口和间隙、焊前准备处理、焊接及过程应力消除、焊后修整等。其中任何一个环节，没按工艺要求严格执行都会产生新的裂纹。
5.1打止裂孔及裂纹的消除
裂纹的消除可采用电弧气刨或角型砂轮打磨、风铣刀消磨的冷消
除法。建议重要件的裂纹消除尽量采用冷消除，尽可能的减少受热。浅表性裂纹可不做止裂孔，裂的深度、宽度较大必须处理前在裂纹的终端10mm以内，预制5～8mm的止裂孔，防止裂纹的延伸。
5.2预制坡口和间隙
我们在处理厂修车车架、构架的裂纹时，因为是中厚钢板，所以对对接焊缝要求焊透。一般采用60度V型坡口，预留2mm间隙。对于重要部位，裂纹较严重的T形接头或角接接头，建议对立板开30度V型坡口，这样才能保证熔合质量。
5.3焊前准备处理
处理裂纹我们建议采用426焊条，提高抗裂性和韧性。焊前要求对焊条预热200-250℃，使用温度不底于150℃。环境温度不低于5度。
要求对坡口表面及施焊表面20mm区域内砂轮打磨。坡口表面不充许存在2mm以上沟槽，金属表面无油污、氧化物、铁锈见金属光泽。
5.4焊接及过程应力消除
我们在施焊时应该选择合理的焊接规范，对接角焊缝不能一次填充过多，采用多层焊，不得少于三层。每层的起弧和收弧位要错开不少于20mm。尽量避开死角位及终端起弧或收弧。
图2
采用合理的焊接顺序，正确安排焊接次序。同样的焊接方法、同样的焊接材料、同样的焊接规范，只是由于焊接次序不当，也会有较大的结晶裂倾向。总的原则是尽量使大多数焊缝在较小的钢度下焊接，使各焊缝都有收缩的可能。在一般情况下，尽可能采用对称焊，以力分散应力，减小裂纹倾向。一般对称焊接方法如图
施焊的过程中，要严格进行应力消除，可以采用超声震动仪或风锤锤击消除法。多层焊除第一层以外，每层层间焊完以后都要进行消除内应力的处理。
5.5焊后修整
我们对于裂纹处理施修过的焊缝需要采用砂轮对焊缝进行修正，使之凸起的尖点或陡状焊波要园滑过度。这一点我们往往都乎视。
凸起的尖点焊缝就是疲劳裂源区。疲劳断裂都要经过萌生和扩展过程，焊接接头是最易发生疲劳裂的部位，在此部位存在的各种缺陷和形状发变化，及应力集中等都形成疲劳裂源。板材及零件表面存在
沟槽、台阶、尖角、截面形状突变等都是疲劳裂源。裂纹一般都发生在过渡层处和应力集中部位。现在电力机车多层多道焊、及我厂原来承接的运梁机对焊缝焊接后的修整都有明确的要求。焊缝砂轮打磨修整，一方面去除沟槽和尖角使之成为园滑过渡，另一方面也起到一定消除内应力的作用。因此我们需要转变观念，严格执行工艺保证质量。直得注意的一点，对于需要加补强板的，补强板的厚度选用原则等同于或厚于原母材，对补强板的周围板边也需要修成园滑过度，以消除疲劳裂源。补强板与焊件之间的间隙应不超过1.5mm，补强板与焊件的接合面非封闭时应涂防锈漆。
有时候我发现焊道会有裂纹，这是怎么产生的， 如何解决这问题？ 裂纹焊缝中原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。 A、.裂纹的分类 根据裂纹尺寸大小,分为三类:(1)宏观裂纹:肉眼可见的裂纹。(2)微观裂纹:在显微镜下才能发现。(3)超显微裂纹:在高倍数显微镜下才能发现,一般指晶间裂纹和晶内裂纹。 从产生温度上看,裂纹分为两类: (1)热裂纹:产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现,又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界,裂纹面上有氧化色彩,失去金属光泽。 (2)冷裂纹:指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹,一般是在焊后一段时间(几小时,几天甚至更长)才出现,故又称延迟裂纹。 按裂纹产生的原因分,又可把裂纹分为: (1)再热裂纹:接头冷却后再加热至500~700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属)的焊接热影响区内的粗晶区,一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展,呈晶间开裂特征。 （2）层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中,将硫化物(MnS)、硅酸盐类等杂质夹在其中,形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的使用下,金属沿轧制方向的杂物开裂。 (3)应力腐蚀裂纹:在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除残余应力或拘束应力的因素外,应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。 B、.裂纹的危害裂纹,尤其是冷裂纹,带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理,选材不当的原因引起的以外,绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。 C、.热裂纹(结晶裂纹) (1)结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期,敏感温度区大致在固相线附近的高温区,最常见的热裂纹是结晶裂纹,其生成原因是在焊缝金属凝固过程中,结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界,形成所谓"液态薄膜",在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间,其强度极小,由于焊缝凝固收缩而受到拉应力,最终开裂形成裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂,为纵向裂纹,有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间,为横向裂纹。弧坑裂纹是另一种形态的,常见的热裂纹。 3 焊接缺陷及对策 热裂纹都是沿晶界开裂,通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料气焊缝中 (2)影响结晶裂纹的因素 a合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加,会扩大敏感温度区,使结晶裂纹的产生机会增多。 b.冷却速度的影响冷却速度增大,一是使结晶偏析加重,二是使结晶温度区间增大,两者都会增加结晶裂纹的出现机会； c.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内,金属的强度极低,焊接应力又使这飞部分金属受拉,当拉应力达到一定程度时,就会出现结晶裂纹。
各种焊接裂纹成因特点及防止措施，这条必须收藏了 焊接裂纹就其本质来分，可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治办法进行具体的阐述。1.热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。根据所焊金属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等），产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各不相同。目前，把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边裂纹等三大类。（1）结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中（含S，P，C，Si骗高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊逢中。这种裂纹是在焊逢结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时添充，在应力作用下发生沿晶开裂。防治措施为：在冶金因素方面，适当调整焊逢金属成分，缩短脆性温度区的范围控制焊逢中硫、磷、碳等有害杂质的含量；细化焊逢金属一次晶粒，即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素；在工艺方面，可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度等方面来防治。（2）近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，它的尺寸很小，发生于HAZ近缝区或层间。它的成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属，在高温下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成
物被重新熔化，在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的。特别是在冶金方面，尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量是十分有效的；在工艺方面，可以减小线能量，减小熔池熔合线的凹度。（3）多边化裂纹是在形成多边化的过程中，由于高温时的塑性很低造成的。这种裂纹并不常见，其防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如Mo、W、Ti等。2.再热裂纹通常发生于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金（包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金，以及某些奥氏体不锈钢），他们焊后并未发现裂纹，而是在热处理过程中产生了裂纹。再热裂纹产生在焊接热影响区的过热粗晶部位，其走向是沿熔合线的奥氏体粗晶晶界扩展。防治再热裂纹从选材方面，可以选用细晶粒钢。在工艺方面，选用较小的线能量，选用较高的预热温度并配合以后热措施，选用低匹配的焊接材料，避免应力集中。3.冷裂纹主要发生在高、中碳钢、低、中合金钢的焊接热影响区，但有些金属，如某些超高强钢、钛及钛合金等有时冷裂纹也发生在焊缝中。一般情况下，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。焊后形成的马氏体组织在氢元素的作用下，配合以拉应力，便形成了冷裂纹。他的形成一般是穿晶或沿晶的。冷裂纹一般分
焊接裂纹的分析与处理 我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最佳的处理方案。因此必须要对裂纹进行认真的分折。 根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的则必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的则是放置或运行一段时间之后才出现。 1.焊缝裂纹的分类 根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。 1.1热裂纹 热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。（1）结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂
纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。 结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，表面无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。（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以及母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。 液化裂的特征： ①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方（部分溶化区），或多层焊缝的层间金属中。 ②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间发展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界发展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。 从被焊的材料上看，液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度钢、奥氏体钢以及某些镍基合金等材料中。 （3）多边化裂纹--焊接时，焊缝或近缝区在固相线以下的高温区间，由于刚凝固的金属存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)和严重的物理及化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于晶格缺陷的
焊接横向裂纹产生的原因及控制 焊接横向裂纹产生原因主要有以下几个方面： 1、应力作用。即钢管成型后的残余应力和焊接应力。 2、焊接工艺不合理。如焊缝成形系数过小、预热温度不够或未进行焊前预热、焊接线能量过大、焊接后热处理不当、保温时间太短等。 3、由于氢的存在。如焊剂烘干不够，预热温度不充分或未进行焊前预热、以及多层焊的层间温度不够。 4、冶金因素。焊接过程中有低熔点杂质进入，如铜及铜合金。铜的来源主要有焊丝表面所镀的用于防止焊丝锈蚀的铜，或者导电嘴、铜合金导电杆内壁被磨损产生的铜。这些铜屑从导电嘴内孔进入焊剂，在焊接过程中接触焊接熔池导致横向裂纹。 控制措施： 1、焊管成型。为了合理控制残余应力，不仅需要采用针对性的设备和工艺，还需要在钢管成型前进行必要的成型工艺评定，对成型的设备、材料、产品的规格、预弯的程度、成型的速度、成型的压力、参数等进行试验和评定，合格后方进行焊管成型。 2、焊前预热。要根据具体的材质、具体的工作环境确定预热及层间温度。 3、焊接工艺。 1）埋弧焊时，为了减少焊接热输入，不建议采用多丝焊，建议尽量采用单丝多道焊，焊道平行排列，且每条焊道的宽度控制在15min以内；层间温度控制在110-250℃。 2）严格控制焊道宽度 焊道越宽，产生横裂的可能性越大。焊接时，要尽量地采用窄焊道，多分道，减少焊道宽度，减少热输入。 4、焊接材料 1）焊丝。选择低强度的焊丝，这样可以适当降低焊缝的碳当量，提高焊缝的塑性，有助于减少焊接裂纹的产生。同时注意使用不镀铜的焊丝，防止铜或铜合金进入焊缝熔池。另外需要注意防潮和防生锈。 2）焊剂。焊剂在使用前必须按照焊剂厂家推荐的烘干工艺烘干，烘干后在烘箱内进行保温，不可烘干后就倒出来，防止受潮。及时对使用中的焊剂进行磁选，磁选后放进保温桶中储存，防止在空气中受潮。及时更换焊剂，防止流落到焊剂内的铜及铜合金交换污染。 3）焊后保温、缓冷。春秋两季，焊接好后可以在室温下直接暴露在空气中缓冷。春冬两季，焊接好以后可以在室温下用保温棉把焊缝两面覆盖，在空气中缓冷。 4) 消氢处理。具体做法：焊接完成后立即用陶瓷电热毯对焊缝及其附近区域加热至200℃，保温2h后关电缓冷。
焊接的六大缺陷，产生原因、危害、预防措施都在这了 一、外观缺陷 外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。 A、咬边 是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽，它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。 产生咬边的主要原因：是电弧热量太高,即电流太大,运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。 咬边的预防：矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。 B、焊瘤 焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯)，焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。 焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。 防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。C、凹坑
凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。 凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短时间停留造成的(此时的凹坑称为弧坑)，仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。凹坑减小了焊缝的有效截面积,弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。 防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置,选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。 D、未焊满 未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱,焊条过细，运条不当等会导致未焊满。 未焊满同样削弱了焊缝，容易产生应力集中，同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容易带来气孔、裂纹等。 防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。 E、烧穿 烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺。 焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。 烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷，它完全破坏了焊缝，使接头丧失其联接飞及承载能力。 防治措施：选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。 F、其他表面缺陷 (1)成形不良指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高,表面不光滑,以及焊缝过宽,焊缝向母材过渡不圆滑等。 (2)错边指两个工件在厚度方向上错开一定位置,它既可视作焊缝表面缺陷,又可视作装配成形缺陷。 (3)塌陷单面焊时由于输入热量过大,熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落, 成形后焊缝背面突起,正面下塌。 (4)表面气孔及弧坑缩孔。 (5)各种焊接变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷O角变形也属于装配成形缺陷。 二、气孔和夹渣
复合板焊接裂纹分析及防治 前言： 随着压力容器行业标准及复合钢板锻造技术的日渐完善，越来越多的设计部门选用复合板做为压力容器的主体材料，14年本公司承制了一台主体材料 (S32168+Q245R)，厚度（14+3）、（16+3）、（18+3）、（26+3）、（32+3），DN2600`2200`1800的大型变径压力容器。本公司根据合格的焊接工艺评定指导生产，但实际生产中一次拍片合格率为仅75%，主要缺陷为筒体环焊缝近不锈钢侧表面裂纹，经过分析及现场观察，提出相应措施，解决了复合板裂纹问题，一次拍片率合格率达到95%。一（S32168+Q245R）复合板焊接性分析 此复合板为奥氏体系复合板，焊接性良好，焊接时，覆层和基层分开各自进行焊接，焊接中的主要问题在于基层与覆层交接处的过渡层焊接，过渡层的焊接性与异种钢对接接头焊接性相同，但又有本质区别，复合板过渡层焊接，实质是一个堆焊过程，堆焊焊道可简单的理解为对接接头的熔合区和热影响区，堆焊更能反应熔合区及热影响区的薄弱，过渡层焊接时主要存在以下几个问题： 1结晶裂纹 焊接金属在凝固结晶末期，在固相线Ts附近，因晶间残存液膜使塑性下降所造成的热裂纹，影响因素主要有： 1）碳的影响：焊接奥氏体复合钢板时，由于基础碳钢板的含碳量高于覆层，焊接时覆层受基础稀释作用，使焊缝中奥氏体形成元素减少，含碳量增加，碳在钢中是影响结晶裂纹的主要因素，并能加剧S/P及其他元素的有害作用。 2）S/P元素的影响：奥氏体钢结晶温度区间很大，熔池结晶时在晶界上形成 S/P/Si等低熔点共晶，在结晶过程中形成液态薄膜，这种液态薄膜在复合板焊接时产生的拉伸应力作用下易产生裂纹。 3）结晶引领相的影响：
虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际焊接生产中并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”等。由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如Al 2 O3的熔点为2050℃，MgO熔点为2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属中夹杂物。同时，氧化膜（特别是有MgO存在的，不很致密的氧化膜）可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。此外，铝及其合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。这些也都是焊接生产中颇感困难的问题。下面，对在试验过程中产生比较严重的裂纹进行深入的分析。 1铝合金焊接接头中的裂纹及其特征 在铝合金焊接过程中，由于材料的种类、性质和焊接结构的不同，焊接接头中可以出现各种裂纹，裂纹的形态和分布特征都很复杂，根据其产生的部位可分为以下两种裂纹形式：（1）焊缝金属中的裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、发状或弧状裂纹、焊根裂纹和显微裂纹（尤其在多层焊时）。 （2）热影响区的裂纹：焊趾裂纹、层状裂纹和熔合线附近的显微热裂纹。按裂纹产生的温度区间分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹是在焊接时高温下产生的，它主要是由晶界上的合金元素偏析或低熔点物质的存在所引起的。根据所焊金属的材料不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同，热裂纹又可分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹3类。热裂纹中主要产生结晶裂纹，它是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在凝固收缩应力或外力的作用下发生沿晶开裂，这种裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝和某些铝合金；液化裂纹是在热影响区中被加热到高温的晶界凝固时的收缩应力作用下产生的。 在试验过程中发现，当填充材料表面清理不够充分时，焊接后焊缝中仍存在较多的夹杂和少量的气孔。在三组号试验中，由于焊接填充材料为铸造组织，其中夹杂为高熔点物质，焊接后在焊缝中仍将存在；又，铸造组织比较稀疏，孔洞较多，易于吸附含结晶水的成分和油质，它们将成为焊接过程中产生气孔的因素。当焊缝在拉伸应力作用下时，这些夹杂和气孔往往成为诱发微裂纹的关键部位。通过显微镜进一步观察发现，这些夹杂和气孔诱发的微观裂纹之间有明显的相互交汇的趋势。然而，对于夹杂物在此的有害作用究竟是主要表现为应力集中源从而诱发裂纹，还是主要表现为脆性相从而诱发裂纹，尚难以判断。此外，一般认为，铝镁合金焊缝中的气孔不会对焊缝金属的拉伸强度产生重大影响，而本研究试验中却发现焊缝拉伸试样中同时存在着由夹杂和气孔诱发微裂纹的现象。气孔诱发微裂纹的现象是否只是一种居次要地位的伴生现象，还是引起焊缝拉伸强度大幅度下降的主要因素之一，亦还有待进一步的研究。 2热裂纹产生的过程 目前关于焊接热裂纹理论，国内外认为较完善的是普洛霍洛夫理论。概括地讲，该理论认为结晶裂纹的产生与否主要取决于以下3方面：脆性温度区间的大小；在此温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。 通常人们将脆性温度区间的大小及在此温度区间内具有的延性值称为产生焊接热裂纹的冶金因素，而把脆性温度区内金属的变形率大小称为力学因素。焊接过程是一系列不平衡的工艺过程的综合，这种特征从本质上与焊接接头金属断裂的冶金因素和力学因素发生重要的联系，如焊接工艺过程与冶金过程的产物即物理的、化学的与组织上的不均匀性、熔渣与夹杂物、气体元素与处于过饱和浓度的空位等。所有这些，都是与裂纹的萌生与发展有密切联系的冶金因素。从力学因素方面看，焊接热循环特定的温度梯度与冷却速度，在一定的拘束条件下，将使焊接接头处于复杂的应力-应变状态，从而为裂纹的萌生与发展提供必要的条件。 在焊接过程中，冶金因素和力学因素的综合作用将归结为两个方面，即是强化金属联系还是弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低，反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联 铝合金焊接接头产生裂纹特征及产生机理分析 谢辉 （广东省第二农机厂，广东广州512219） 摘要：近40年来，由于焊接技术的进步，高效率和高性能的焊接方法得到了推广，铝及铝合金在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械、低温工程和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大，但国产化的铝合金和铝合金焊接材料均还存在着一定的差距。对铝合金焊接接头产生裂纹的特征及产生机理进行了分析，提出了几点防范措施。 关键词：铝合金；焊接接头；裂纹；机理 —116—
焊接冷裂纹 1.前言 1.1焊接裂纹的简介 焊接裂纹是指金属在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区金属原子结合力遭到破坏所产生的缝隙。在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同，可能出现各种裂纹，焊接裂纹产生的条件和原因各有不同。有些裂纹在焊后立即产生，有些在焊后延续一段时间才发生，有的在一定外界条件诱发下才产生；裂纹既出现在焊缝和热影响区表面，也产生在其内部。 焊接裂纹对焊接结构的危害有：①减少了焊接接头的工作截面，因而降低了焊接结构的承载能力②构成了严重的应力集中。裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的切口应力集中，既降低结构的疲劳强度，又容易引发结构的脆性破坏。 ③造成泄漏。由于盛装或输送有毒且可燃的气体或液体的各种焊接储罐和管道，若有穿透性裂纹，必然发生泄漏。④表面裂纹能藏污纳垢，容易造成或加速结构的腐蚀。⑤留下隐患，使结构变得不可靠。由于延迟裂纹产生具有不定期性，微裂纹和内部裂纹易于漏检，这些都增加了焊接结构在使用中的潜在危险。 焊接裂纹是焊接结构最严重的工艺缺陷，直接影响产品质量，甚至引起突发事故，例如，焊接桥梁坍塌，大型海轮断裂，各种类型压力容器爆炸等恶性事故。随着现代钢铁、石油化工、船舶和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数方向发展，有的在低温、深冷或腐蚀介质下工作，都广泛采用各种低合金高强钢材料，而这些金属材料通常对裂纹十分敏感。因此，从焊接裂纹的微观形态、起源与扩展及影响因素等进行深入分析，对防止焊接裂纹和保证工程结构的质量稳定性是十分重要的。 1.2焊接裂纹分类 焊接裂纹按产生的机理可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹等。 (1)热裂纹 焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。根据所焊金属的材料不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也不同。
焊接缺陷分类： ①从宏观上看，可分为裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔、及形状缺陷，又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。在底片上还常见如机械损伤（磨痕），飞溅、腐蚀麻点等其他非焊接缺陷。 ②从微观上看，可分为晶体空间和间隙原子的点缺陷，位错性的线缺陷，以及晶界的面缺陷。微观缺陷是发展为宏观缺陷的隐患因素。 宏观六类缺陷的形态及产生机理 ①气孔：焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。气孔可分为条虫状气孔、针孔、柱孔，按分布可分为密集气孔，链孔等。 气孔的生成有工艺因素，也有冶金因素。工艺因素主要是焊接规范、电流种类、电弧长短和操作技巧。冶金因素，是由于在凝固界面上排出的氮、氢、氧、一氧化碳和水蒸汽等所造成的。 ②夹渣：焊后残留在焊缝中的溶渣，有点状和条状之分。产生原因是熔池中熔化金属的凝固速度大于熔渣的流动速度，当熔化金属凝固时，熔渣未能及时浮出熔池而形成。它主要存于焊道之间和焊道与母材之间。 ③未熔合：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分；点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分，称之。 未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。按其间成分不同，可分为白色未熔合（纯气隙、不含夹渣）、黑色未熔合（含夹渣的）。 产生机理：a.电流太小或焊速过快（线能量不够）；b.电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。C.坡口有油污、锈蚀；d.焊件散热速度太快，或起焊处温度低；e.操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。 ④未焊透：焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。 产生原因：焊接电流太小，速度过快。坡口角度太小，根部钝边尺寸太大，间隙太小。焊接时焊条摆动角度不当，电弧太长或偏吹（偏弧） ⑤裂纹（焊接裂纹）：在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙，称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂纹。按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔合区裂纹、焊趾裂纹及热响裂纹。按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）以及再热裂纹。 产生机理：一是冶金因素，另一是力学因素。冶金因素是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀，如低熔共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集导致的热裂纹。此外，在热影响区金属中，快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加，同时由于材料的淬硬倾向，降低材料的抗裂性能，在一定的力学因素下，这些都是生成裂纹的冶金因素。力学因素是由于快热快冷产生了不均匀的组织区域，由于热应变不均匀而导至不同区域产生不同的应力联系，造成焊接接头金属处于复杂的应力--应变状态。内在的热应力、组织应力和外加的拘束应力，以及应力集中相叠加构成了导致接头金属开裂的力学条件。 ⑥形状缺陷 焊缝的形状缺陷是指焊缝表面形状可以反映出来的不良状态。如咬边、焊瘤、烧穿、凹坑（内凹）、未焊满、塌漏等。 产生原因：主要是焊接参数选择不当，操作工艺不正确，焊接技能差造成。
常见的焊接缺陷 （1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。 （2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。 （3）气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体 或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。 某钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，未焊透 某钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，密集气孔 （4）夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态
可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。 W18Cr4V（高速工具钢）-45钢棒 对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，局部夹渣 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，两侧线状夹渣 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，钨极氩弧焊打底+手工电弧焊，夹钨 （5）裂纹：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。 焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性
钢结构焊接裂纹的原因 及防治措施 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
钢结构焊接裂纹的原因及防治措施本文基于焊接产生裂纹的理论知识,通过实践经验，对钢结构裂纹产生的内外在原因进行了深入分析。 焊接裂纹是钢结构在制造过程出现的危害最严重的缺陷,我公司主要承担为安阳钢铁备件制造、安装及系统检修,在钢结构的制造过程中,有时焊缝会出现焊接裂纹,给工程施工带来一定的影响,具体表现在:裂纹能引起严重的应力集中,降低焊接接头的承载能力,任其发展的话最终会导致焊接结构的破坏,降低工程质量,缩短结构寿命,严重时可能造成安全事故,间接延误工期并增加施工成本,影响公司的形象,所以说裂纹在钢结构的制造过程中一经发现必须彻底清除,进行修补,确保产品质量.以下对钢结构制造过程中裂纹产生的原因及其防治措施进行分析。 1.内在原因分析及相应的预防措施 一般焊接裂纹按其产生的温度和时间分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。 1.1.热裂纹 热裂纹是指在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时产生的裂纹,故又称为高温裂纹.其产生的原因是由于焊接熔池在结
晶过程中存在偏析现象,偏析出的物质多为低熔点共晶和杂质.它们在结 晶过程中以液态间层形式存在,凝固以后的强度也较低,当焊接应力足够 大时就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹.此外如果母材的晶界上也存在低熔点共晶和杂质,则在加热温度超过其熔点的热影响区,这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层,在一定条件下,焊接应力足够大时也会被拉开形成所谓热影响区液化裂纹.总之,热裂纹的产生是冶 金因素和力学因素共同作用的结果.热裂纹特征是:多贯穿在焊缝表面,且断口被氧化成氧化色.它主要的表现形式:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹及热影响区裂纹.针对其产生的原因采取以下预防措施:a) 限制钢材和焊材中的硫、磷元素的质量分数.b)改善熔池金属的一次结晶,细化晶粒提高焊缝金属的抗裂性:广泛采用的方法是向焊缝金属中加入细化晶粒的元素.c)控制焊接工艺参数,适当提高焊缝成型系数:可采用多层多道焊法,避免中心线偏析,可防止中心线裂纹。 1.2.冷裂纹 冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹.它与热裂纹不同, 是在焊后较低温度下产生的,可以焊后立即出现,有时要经过一段时间才 能出现,这种拖后一段时间才能出现的裂纹也称为延迟裂纹.冷裂纹主要 发生在中碳钢、高碳钢、低合金钢或中合金钢中,产生的原因主要有三个因素:1)钢的淬硬倾向大;2)焊接接头受到的拘束应力;3)较多的扩散氢的存在和浓集.这三个条件同时存在时,就容易产生冷裂纹.在许多情况下,
裂纹分类 凡是使金属的连续性被破坏的缺陷，而此种缺陷又具有一定的深度、长度和宽度，或直线或曲线状分布于钢材或工件表面或内部，即称裂纹。 裂纹的分类： 1. 按裂纹存在的形状和大小可分为：龟纹、“V型”纹、“y型”纹、“之状”裂纹、环状裂纹、鸡爪状裂纹、丝纹、发纹、裂纹、裂缝等宏观裂纹及微观裂纹。 2. 按裂纹存在于钢材或工件上的不同方向分为：纵裂纹、横裂纹即为定向裂纹等。 3. 按裂纹存在的不同部位分为：表皮裂纹、皮下裂纹、心部裂纹与钢锭的头部裂纹、中部裂纹、尾部裂纹及角部裂纹等。 4. 按裂纹产生的不同根源分为：铸造裂纹、锻造裂纹、轧制裂纹、拔制裂纹、研磨裂纹、淬火裂纹、焊接裂纹及疲劳裂纹等。 低倍组织结构内容 1. 偏析、疏松、气孔、树枝状结晶、缩孔、缩管、晶粒粗大、气泡翻皮、金属夹杂物、非金属夹杂物、裂纹等。 2. 在加热过程中产生的缺陷：过烧、氧化铁皮、脱碳层、晶粒粗大、斑疤、夹层、重皮、皱纹、裂纹、飞边、折叠、白点等。
3. 使用过程中产生的：疲劳断口、脆性断裂、裂口、分层等缺陷。 钢中低倍组织结构的检验方法 一、表面质量检验法： 1.目的： i. 避免因表面质量不良而造成在生产工艺上发生废品的损失、降低使用寿命； ii. 确定钢锭、钢坯、钢材及零件等是否必须经过中间清理或维修工序； iii. 查明表面缺陷的类别、特征、对质量危害的程度，从而分析其产生的原因，提供今后的改进质量的有效技术措施。 二、敲击检验法 视小铁锤回跳情况与工件发出声音的情况来判断是否有裂纹。 三、断口质量检验法 1.目的 i. 检验常存的一些缺陷：缩孔、非金属夹杂物、夹砂、斑点、晶粒粗大、晶粒不均、脱碳、气孔、带状组织、层状组织、白点等； ii. Cr-Ni，Cr-Ni-Mo，Cr和高碳钢中的白点； iii. 分析产生断裂的原因与断裂的性质。 四、冷热酸蚀检验法 1.热酸蚀法：将酸的水溶液（1:1盐酸）加热到70~80℃时把试样
焊接热裂纹产生机理影响因素及防治措施 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，有时焊缝内部颁在两树枝状晶体之间。 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。 2）、分析熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向 焊缝金属结晶过程中，晶界是个薄弱地带，由金属结晶理论可知，先结晶的金属比较纯，后结晶的金属杂质多，并集富在晶界，并且熔点较低，这些低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓《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—必要条件以碳钢焊接为例，分析研究一下，在熔池结晶过程中什么阶段产生结晶裂纹的倾向最大。 如图3-77 ①液固阶段：熔池开始结晶时，液相多，固相少，液态金
属在晶粒间处于自由流动状态，有拉应力存在时，拉开后有液体随之补充，不易产生裂纹。（1区） ②固液阶段：固相多，晶粒之间相互接触，液相少，（低熔点共晶）在拉应力作用时产生微少缝隙，液态填充少，产生裂纹，这一区也称为“脆性温度区”即图3-77上a、b 之间的温度范围？ ③固相阶段：完全结晶完毕，成为整体固态金属，拉应力作用时，因无液态薄膜受力均匀，不易产生裂纹。 T b—称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属, T b小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属T b 大，产生裂纹的倾向也大。 3）产生结晶裂纹的条件？图3-78 如图3-78纵座标表示温度，横坐标表示由拉伸应力所产生的变形（e）和金属的塑性（P），脆性温度区的范围用T b表示上限是固液温度开始下限固相线附近，或低于固相线一段温度。 在脆性温度区内焊缝的塑性用P表示，是温度的函数，=，当在某一瞬时温度时有一个最小的塑性值（P min）PΦ ) (T （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？ ①如果拉伸应力所产生的变形随温度T按曲线（1）变化，
焊接裂纹 随着钢铁、石油化、，舰船和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数的方向发展，有的还在低、深冷、腐蚀介质等环境下工作。因此，各种低合金高强钢，中、高合金钢，超高强钢，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材料的应用，在焊接生产上带来了许多新的的问题，其中较为普遍而又十分严重的就是焊接裂纹。 一、焊接裂纹的危害性 焊接裂纹不仅给生产带来许多困难，而且可能带来灾难性的事帮。据统计，世界上焊接结构所出现各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上的问题之外，绝大多数是由裂纹而引起的脆性破坏。因此，裂纹是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。 压力容器的破坏事帮常常造成巨大的损失。焊接结构中裂纹问题危害甚大，已造成世界各国所关注的课题。 二、焊接裂纹分类及其一般特征 在焊接生产中由于钢种和结构的类型不同，可能出现各种裂纹。裂纹的形态和分布特别征都是很复杂的，有焊缝的表面裂纹、内部裂纹，有热影响区的横向、纵向裂纹，有焊缝和焊道下的深埋裂纹、也有在弧坑处出现的所谓弧坑（火口）裂纹。 值得注意的是，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，也就是所谓的延迟裂纹。因为这种裂纹在生产中无法检测，所以这种裂纹的危害性就更为严重。总而言之，焊接生产中所遇到的裂纹有多种多样，按产生裂纹的本质来分，林体上可分为五大类。 1、热裂纹（Hot Cracking） 热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹。 特征：是沿原奥氏体晶界开裂，根据所焊金属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等）。产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同。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。 a：结晶裂纹焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，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，故称结晶裂纹。多数情况下，在发生裂纹的焊缝断面上，可以看到有氧化的彩色，说明这种裂纹是在高温下产生的。结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中（含S、P、C、Si偏高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。个别情况下，结晶裂纹也能在热影响区产生。 b：高温液化裂纹近缝区或多层焊的层间部位，在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂。 液化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。母材和焊丝中的S、P、C、Si偏高时，液化裂纹的倾向将显著增高。 c：多边化裂纹焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷（主要是位错和空位）及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于这些晶格缺陷的迁移和聚集，便形成了二次边界，就是所谓“多边化边界”。因边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以它的组织性能脆弱，高温时的强度和塑性都很差，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多边界开裂，产生所谓“多边化裂纹”（Polygonixation Cracking） 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。 2、再热裂纹 厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区晶部位发生的裂纹称为再热裂纹。 由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故称为“再热裂纹”又称“消除应力处理裂纹（Stress Relief Cracking），简称SR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
在焊接中什么是冷裂纹和热裂纹低碳钢焊接性分析： （一）冷裂纹 碳当量：钢材和熔敷金属的碳含量增加大桥焊条，焊接性变差；硅锰含量增加，焊接性变差;CE值增加，产生冷裂纹倾向增大，焊接性变差淬硬倾向：淬硬组织或马氏体组织越多，其硬度越高，焊缝和热影响区硬度越高，焊接性差。冷却速度影响因素：（1）钢材厚度和接头几何形状，（2）焊接时母材的实际起始温度（3）焊接线能量大小。拘束度和氢。板厚增加，拘束度增加;焊接区被刚性固定，拘束度增加，提高氢致裂纹敏感性 钢材成分一定，淬硬组织比例越高，冷裂所需临界氢含量越低，所需拘束应力也就越低，冷裂倾向越大。组织氢含量一定时，拘束度越大，冷裂纹敏感性越大。 （二）热裂纹 在焊接SP过高的碳钢时，一方面：在焊接热影响区的晶界上聚集的低熔点SP化物，引起热影响区熔合线附近的液化裂纹;若板厚较大，沿不同偏析带分布的碳化物等，在T形等接头中引起层状撕裂。另一方面：当母材稀释率较高时，进入焊缝的SP也偏多，容易引起焊缝中热裂纹。中碳钢焊接大多需要预热和控制层间温度，以降低焊缝金属和热影响区冷却速度，抑制马氏体形成，提高接头塑性，减小残余应力。 合金结构钢种类：低合金钢，中合金钢，高合金钢。1强度用钢：热轧及正火钢，低碳调质钢，中碳调质钢。2专用钢：珠光体耐热钢，低温钢，低合金耐蚀钢热轧钢：把钢锭加热到1300度左右，经热轧成板材，然后空冷。正火钢：钢板轧制和冷却后，再加热到900度附近，然后在空气中冷却。调质钢：900度附近加热后放入淬火设备中水淬，后在600度左右回火处理。 控轧：采用控制钢板温度和轧制工艺得到高强度，高韧性钢的方法。热轧钢通常是铝镇静的细晶粒铁素体+珠光体组织。正火钢是在固溶强化基础上，加入合金元素在正火条件下通过沉淀强化和细化晶粒来提高强度和保证韧性的。热轧及正火钢焊接性分析：Q345（16Mn)裂纹脆化 1冷裂纹淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。冷裂敏感性一般随强度提高而增加2热裂纹降低焊缝中碳含量和提高锰含量，解决了热裂纹问题。Si的有害作用也与促使S的偏析有关。再热裂纹采取提高
焊缝裂纹产生原因分析以及预防焊接裂纹是焊接应用中较为普遍而又十分严重的问题，下面针对最为常见的热裂纹和冷裂纹结合实际进行分析. 具体情况下产生裂纹的原因是不同的,有时可能是几种因素共同作用的结果。然而,不管是热裂纹,冷裂纹,它们都具有一个共同的规律,即、焊接时由于各种原因在熔池内部常发生变化,在一定条件下会发生作用而形成裂纹。在气保焊中我们要通过裂纹的特征来判断裂纹的类型, 一、热裂纹 热裂纹是在焊接高温下产生的，分为结晶裂纹，液化裂纹和多边化裂纹。主要为结晶裂纹，结晶裂纹的产生主要由以下几个方面： 1. 冶金因素方面 （1）结晶温度区的范围越大，则可增加脆性温度区的区间，增加裂纹的倾向。结晶温度区的大小与合金含量有很大的关系，即随着合金成分的增加，合金温度区间也增大。 （2）碳在钢中是影响结晶裂纹的主要因素，碳含量越大，则增加裂纹倾向，并能加剧其他元素的有害作用，硫、磷几乎在各种钢中都会增加结晶裂纹的倾向。 2. 预防措施 控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质含量。YJ502（E71T-1）药芯焊丝选用药芯焊丝专用冷轧钢带生产，碳、硫、磷含量很低，药粉也严格控制碳、硫、磷含量，因此焊缝熔敷金属碳含量小于0.05%，硫、磷含量也很低，大大低于国家标准规定要求，一般不会因为焊缝碳、硫、磷含量超标
造成结晶裂纹。在焊接母材时，特别是焊接不同牌号、级别的钢板时，由于两种母材的合金成份等各方面有差异，尽管焊丝与母材是匹配的，但是不同母材之间、焊材和母材之间合金差异造成裂纹倾向较大，在焊接时要加强改善焊接工艺，防止裂纹的产生。 3. 工艺因素方面 工艺方面主要是焊接工艺参数、预热、接头型式和焊接顺序等，用工艺方法防止结晶裂纹主要是改善焊接时的应力状态。 （1）焊接工艺及工艺参数生产经验证明，尽管在冶金因素方面做了很多努力，但采用的焊接工艺和规范不当时，同样也会产生裂纹，因此必须重视焊接工艺。适当增加焊接线能量和提高预热温度，即可减小焊缝金属的应变率，从而降低结晶裂纹的倾向，但增加线能量会使近缝区的金属过热，提高预热温度又会恶化劳动条件，所以采用这种方法受到限制。 （2）焊接接头形式不同，将影响接头的受力状态、结晶条件和热的分布等，因而结晶裂纹的倾向也不同，这一点在设计和施工时应特别注意。对于厚板焊接结构，施工时采用多层焊，裂纹倾向比单层焊有所缓和，但对各层的熔深应注意控制。另外，在接头处应尽量避免应力集中（错边、咬肉、未焊透等），也是降低裂纹倾向的有效办法。 （3）焊接次序施工时焊接次序是很重要的，同样的焊接方法和及焊接材料，只是因为焊接次序不同，可能具有不同的结晶裂纹倾向。总的原则是尽量使大多数焊缝能在较小刚度的条件下焊接，使焊缝的受力较小。 （4）严格按照要求使用焊接设备，电流电压调整，CO2气体的预热等总之，焊接工艺制定部门要根据生产实际，制定出合理的，严谨的焊