焊接热裂纹的防治措施与结晶裂纹有什么区别？

1.

热裂纹

它是在焊接时在高温下产生的，故称为热裂纹。 其特征是沿原奥氏体晶界开裂。 根据被焊金属的材质（低合金高强度钢、不锈钢、铸铁、铝合金和一些特殊金属等）的不同，产生热裂纹的形状、温度范围和主要原因也不同。 目前热裂纹分为晶体裂纹、液化裂纹和多边形裂纹三类。

1）结晶裂纹主要发生在含杂质较多（S、P、C、Si含量较高）的碳钢、低合金钢焊缝、单相奥氏体钢、镍基合金及部分铝合金焊缝中。 接缝。 这种裂纹发生在焊缝固相线附近的结晶过程中。 由于凝固金属的收缩，残留的液态金属不足，不能及时填充。 晶间裂纹是在应力作用下发生的。

防治措施是：从冶金因素方面，适当调整焊缝金属成分，缩短脆性温度区范围，控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量； 细化焊缝金属的初生晶粒，即适当添加Mo、V、Ti、Nb等元素； 在技​​术方面，可以通过焊前预热、控制线能量、减少接头约束等方法来预防。

2）近缝区液化裂纹是沿奥氏体晶界裂纹的微裂纹。 其尺寸很小，发生在热影响区近煤层或层间。 其形成一般是由于焊接时近焊缝区域的金属或焊缝之间的金属使这些区域奥氏体晶界上的低熔点共晶成分在高温下重熔所致。 在拉应力作用下，低熔点共晶成分奥氏体晶间裂纹形成液化裂纹。

此类裂纹的防治措施与晶体裂纹基本相同。 特别是在冶金中，尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔点共晶元素的含量是非常有效的； 在技​​术方面，可以降低线能量，减少熔池熔合线的凹度。

3）多边形裂纹是由于多边形裂纹形成过程中在高温下塑性较低而产生的。 这种裂纹并不常见，其防治措施可包括在焊缝中添加Mo、W、Ti等元素，以增加多边激发能。

2.

再热裂纹

通常发生在某些钢种和含有沉淀强化元素的高温合金（包括低合金高强度钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金和某些奥氏体不锈钢）中。 焊接后未发现裂纹。 相反，在热处理过程中出现了裂纹。 再热裂纹发生在焊接热影响区过热粗晶部位，其方向是沿熔合线奥氏体粗晶晶界扩展。

在防止再热裂纹的材料选择方面，可采用细晶粒钢。 技术方面，采用较小的线性能量，采用较高的预热温度和后续加热措施，采用低匹配的焊接材料，以避免应力集中。

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，但有时在某些金属的焊缝中也会出现冷裂纹，如某些超高强度钢、钛及钛合金。 一般来说，钢种的硬化倾向、焊接接头的氢含量和分布、接头的约束应力状态是引起高强钢焊接时产生冷裂纹的三个主要因素。 在氢元素和拉应力的作用下，焊接后形成的马氏体组织形成冷裂纹。 其形成一般是穿粒的或粒间的。 冷裂纹一般分为焊趾裂纹、焊道裂纹、根部裂纹。

预防和控制冷裂纹可以从工件的化学成分、焊接材料的选择和工艺措施三个方面入手。 应尽可能使用碳当量较低的材料； 焊接材料应采用低氢焊条，并采用低强度配套焊缝； 冷裂倾向高的材料也可采用奥氏体焊接材料； 合理控制线性能量、预热和后加热。 热处理是防止冷裂的工艺措施。

在焊接生产中，由于所用钢种和焊接材料的不同、结构的类型和刚度以及具体的施工条件，可能会出现各种形式的冷裂纹。 但延迟裂纹主要是在生产中遇到的。

延迟裂纹有三种形式：

1）焊趾裂纹——此类裂纹起源于母材与焊缝的连接处，有明显的应力集中区。 裂纹方向常与焊道平行，一般从焊趾表面开始延伸至母材深度。

2）焊道下裂纹——此类裂纹常发生在硬化倾向较大、氢含量较高的焊接热影响区。 一般情况下，裂纹方向平行于熔合线。

3）根部裂纹——此类裂纹是延迟裂纹的常见形式，主要发生在氢含量较高且预热温度不足时。 这种类型的裂纹类似于焊趾裂纹，起源于应力集中最大的焊缝根部。 根部裂纹可能发生在热影响区的粗晶段或焊缝金属中。

钢种的硬化倾向、焊接接头的氢含量和分布、接头的约束应力状态是引起高强钢焊接时产生冷裂纹的三个主要因素。 这三个因素在一定条件下是相互关联、相辅相成的。

钢种的硬化倾向主要由化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件决定。 焊接时，钢种的硬化倾向越大，越容易产生裂纹。 钢材淬火后为什么会开裂？ 可以概括为以下两个方面。

a：形成脆而硬的马氏体组织——马氏体是碳在ɑ铁中的过饱和固溶体。 碳原子在晶格中以间隙原子的形式存在，使铁原子偏离平衡位置，引起晶格较大的变化。 扭曲，导致组织处于硬化状态。 特别是在焊接条件下，近焊缝区域加热温度很高，导致奥氏体晶粒长大严重。 当快速冷却时，粗奥氏体将转变为粗马氏体。 从金属强度理论可知，马氏体是一种脆而硬的结构，发生断裂时消耗的能量较少。 因此，当焊接接头中存在马氏体时，裂纹就容易形成和扩展。

b：硬化会形成更多的晶格缺陷——金属在热不平衡的情况下会形成大量的晶格缺陷。 这些晶格缺陷主要是空位和位错。 随着焊接热影响区热应变的增加，空位和位错在应力和热不平衡的情况下会发生移动和聚集。 当它们的浓度达到一定临界值时，就会形成裂纹源。 在应力的持续作用下，宏观裂纹将不断扩展、形成。

氢是引起高强钢焊接冷裂纹的重要因素之一，且具有延迟特性。 因此，许多文献将氢引起的延迟开裂称为“氢致开裂”。 实验研究证明，高强钢焊接接头氢含量越高，裂纹敏感性越大。 当局部区域的氢含量达到一定临界值时，就会开始出现裂纹。 该值称为裂纹产生的临界值。 氢含量[H]cr。

各种钢的冷裂[H]cr值不同，它与钢的化学成分、钢的强度、预热温度、冷却条件有关。

1、焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的锈迹和油污、环境湿度等都是造成焊缝富氢的原因。 一般情况下，母材和焊丝中的氢含量很少，但焊条药皮中的水分和空气中的水分却不容忽视，成为氢化的主要来源。

2、氢在不同金属结构中的溶解和扩散能力不同。 氢在奥氏体中的溶解度远大于铁素体中的溶解度。 因此，在焊接过程中从奥氏体向铁素体转变的过程中，氢的溶解度突然降低。 同时，氢的扩散速率正好相反，在从奥氏体转变为铁素体时突然增大。

焊接时在高温作用下，熔池中会溶解大量氢气。 在随后的冷却凝固过程中，由于溶解度急剧下降，氢气会尽可能逸出，但由于冷却速度过快，氢气将没有时间逸出。 残留在焊缝金属中形成扩散氢。

4.

层状撕裂

这是一种内部低温裂纹。 仅限于厚板的母材或焊缝热影响区，多发生在“L”、“T”、“+”型接头中。 定义为由于轧制厚钢板在厚度方向的塑性不足以承受该方向的焊接收缩应变而在母材中出现的阶梯状冷裂纹。 一般是因为厚钢板在轧制过程中，钢中的一些非金属夹杂物被轧制成与轧制方向平行的条状夹杂物。 这些夹杂物导致钢板机械性能的各向异性传导率。 为防止层状撕裂，在选材上可采用精钢，即选用z向性能高的钢板。 还可以改进接头设计，以避免在承受 z 方向应力的一侧出现单面焊缝或凹槽。

层状撕裂不同于冷裂纹。 其发生与钢种的强度等级无关，主要与钢中夹杂物的含量和分布形状有关。 一般情况下，层状撕裂可发生在轧制的厚钢板上，如低碳钢、低合金高强度钢，甚至铝合金板。 根据层状撕裂发生的部位，大致可分为三类：

第一种类型是焊接热影响区焊趾或焊根冷裂纹引起的层状撕裂。

第二种是沿焊接热影响区的夹杂裂纹，是工程中最常见的层状撕裂。

远离热影响区的母材第三种夹杂物裂纹一般发生在MnS片状夹杂物较多的厚板结构中。

层状撕裂的形式与夹杂物的类型、形状、分布和位置密切相关。 当沿轧制方向以片状MnS夹杂物为主时，片状撕裂具有明显的阶梯状，以硅酸盐夹杂物为主时，呈线状，以Al夹杂物为主时，呈不规则状。 迈步了。

焊接厚板结构，特别是T型和角接缝时，在刚性约束下，焊缝收缩会在母材厚度方向产生较大的拉应力和应变。 当应变超过母材塑性变形能力时，夹杂物与金属基体分离，产生微裂纹。 在应力的持续作用下，裂纹尖端会沿着夹杂物所在的平面扩展，形成所谓的“平台”。

影响板层撕裂的因素很多，主要包括以下几个方面：

1、非金属夹杂物的种类、数量和分布形式是产生层状撕裂的根本原因。 它是钢产生各向异性和力学性能的根本原因。

2、Z向约束应力。 厚壁焊接结构在焊接过程中承受着不同的Z向约束应力、焊后残余应力和载荷。 它们是导致层状撕裂的机械条件。

3、氢的影响 一般认为，当冷裂纹引起热影响区附近的层状撕裂时，氢是一个重要的影响因素。

由于层状撕裂影响很大，危害也很严重，因此施工前有必要判断钢材对层状撕裂的敏感性。

常用的评价方法有Z向拉伸面积收缩率和销Z向临界应力法。 为了防止层状撕裂，面积收缩率应不小于15%。 一般以15~20%为宜。 当为25%时，认为耐层状撕裂性优异。

防止层状撕裂，主要从以下几个方面采取措施：

一是精炼钢广泛采用铁水早期脱硫和真空脱气的方法。 可冶炼含硫量仅为0.003~0.005%的超低硫钢，其断面收缩率（Z方向）可达23~25%。 。

其次，控制硫化物夹杂物的形貌，使MnS变成其他元素的硫化物，使其在热轧时难以伸长，从而降低各向异性。 目前广泛使用的添加元素是钙和稀土元素。 经上述处理的钢材可生产Z向面积收缩率为50%～70%的层状抗撕裂钢板。

第三，从防止层状撕裂的角度来看，设计和施工过程主要是避免Z向应力和应力集中。 具体措施如下：

1）应尽量避免单边焊缝。 采用双边焊缝可以缓解焊缝根部的应力状态，防止应力集中。

2）采用小焊量的对称角焊缝，而不是大焊量的全焊透焊缝，以避免应力过大。

3) 承受Z向应力的一侧应制作斜角。

4）对于T形接头，可在水平板上预焊一层低强度焊接材料，以防止焊根裂纹，并缓解焊接应变。

5）为了防止冷裂引起的层状撕裂，应尽可能采取一些防止冷裂的措施，如减少氢用量、适当加大预热、控制层间温度等。