第五章 焊接缺陷及控制

第一节焊缝中的气孔第二节焊缝中的偏析和夹杂第五章

焊接缺陷及控制第三节焊接裂纹第四节其它焊接缺陷气孔的概念气孔：焊接时的，熔池中的气泡在凝固时未能溢出而残留下来所形成的空穴称之为气孔。气孔是焊接时严重的工艺缺陷之一。气孔削弱焊接接头的有效工作面积,同时还会带来应力集中,降低接头的强度、塑

性及疲劳强度。第一节焊缝中的气孔气孔分类根据气孔产生的部位不同可分为表面气孔和内部气孔。根据气孔分布状态不同可分为单个气孔、疏散气孔、密集气孔、连续气孔。根据气孔的形态可分为条状气孔、针状气孔和球形、椭圆形气孔等。气孔缺陷在底片上的影像描述气孔在底片上影像是黑色圆点，也有呈黑长条状的或其它不规则形状，气孔的轮廓比较圆滑，其黑度中心较大，至边缘稍减少。。密集气孔在底片上的形态密集气孔单个气孔在底片上的形态单个气孔连续气孔在底片上的形态气孔产生原因具体分为二种类型（1）冶金因素对气孔的影响。焊接时，焊缝金属发生冶金反应产生气孔。焊条电弧焊焊条药皮起保护作用时发生化学反应也生成气孔。母材表面油、锈及污物分解，焊剂的化学成分等都有可能产生气孔。气孔产生原因（2）工艺因素对气孔的影响。工艺因素包括：焊接规范、电流种类、电弧高低、操作技术等。直流反接时气孔倾向最小，这时工件是负极下面对冶金因素、工艺因素这二种因素对气孔的影响做具体讲解。气孔产生的原因（1）焊条或焊剂受潮，使用前未按规定烘干并保温易产生气孔。碱性焊条烘干温度是350-4500C,酸性焊条烘干温度不超过2000C,一般是70-1500C焊条领用要使用焊条保温筒。埋弧自动焊时如果焊剂受潮在焊道中产生连续气孔.气孔产生的原因埋弧自动焊焊剂中混有垃圾。埋弧自动焊焊剂覆盖层厚度不当。埋弧自动焊焊剂漏斗堵塞。埋弧自动焊焊丝表面清理不净。气孔产生的原因（2）焊条药皮失效、剥落或烘干温度过高、使药皮中部分成份变质。（3）施焊前未将母材（特别是焊缝坡口附近）的金属铁锈、油污去除。或焊剂中混合异种造气物质。气孔产生的原因（4）熔化金属冷却速度过快，电弧热能小或焊接速度过快。导致气体在熔池中来不及上浮溢出。（5）采用过大电流，是焊条发红导致药皮失效，或碱性低氢形焊条焊接时电弧过长。（6）手工钨极氩弧焊时氩气纯度低，保护不良。气孔产生的原因焊接时要采用纯度为99.99%的氩气。焊接时要提前送气，滞后停气。正确连接气管、水管不可混淆。做好焊前的清理工作。选择好保护气流量、喷嘴尺寸、电极伸出长度等。气孔产生的原因CO2气体保护焊产生气孔的原因：气体不纯或供气不足。焊接时卷入空气。预热器不起作用。野外施工时风大，保护不完全。喷嘴被飞溅物堵塞，不通畅。喷嘴与工件距离过大。气孔产生的原因焊接区有水，油锈等。电弧过长，电弧电压高。焊丝含硅、锰量不足。(7)电弧过长或偏吹，熔池保护效果不好，空气侵入熔池。低氢型焊条焊接时要采用短弧焊，配合摆动利于气体逸出。气孔产生的原因（8）运条方法不当，收弧动作太快，易产生缩孔，接头引弧动作不正确，易产生密集气孔。（9）焊接电流太小或焊接速度过快，熔池存在时间太短，气体来不及从熔池金属中逸出。（10）基本金属和焊条钢芯含碳量高，焊条药皮脱氧能力差。防止产生气孔的措施（1）焊前将坡口两侧20-30mm范围内的油污、锈、水分清除干净。（2）严格按焊条说明书规定的温度和时间烘干焊条。（3）正确选择焊接工艺参数，正确操作。（4）要预热。防止产生气孔的措施（4）尽量采用短弧焊接，野外焊接施工要有防风设施。（5）不允许使用失效的焊条，如焊芯锈蚀，药皮开裂，剥落，偏心度过大等。1焊缝中的偏析和夹杂1.1偏析的形成及控制

1.偏析的种类及形成原因

(1)显微偏析第二节焊缝中的偏析和夹杂

(2)区域偏析(3)层状偏析

2.偏析的控制措施

(1)细化焊缝晶粒

(2)适当降低焊接速度1.2夹杂的形成及控制

1.夹杂的形成及控制

(1)夹渣；

(2)反应形成新相氧化物；氮化物；硫化物；

(3)异种金属。

夹杂物产生的原因现在常用的熔焊方法保护效果好，焊缝中很少出现氮化物夹杂，只有在保护不好时，焊缝中才有较多的氮化物。（3）硫化物硫化物主要来源于焊条药皮或焊剂，经冶金反应后转入熔池，有时也是由于母材或焊丝中的含硫量偏高而形成的硫化物夹杂。夹杂物产生的原因(二).金属夹渣物（4）夹渣上面讲的夹杂物都是析出或反应生成的，都属于微观夹杂物。还有一种因工艺不当由熔渣直接混入的，通常称夹渣，如手工电弧焊时，运条不当，坡口边缘会出现夹渣，横焊时经常出现。(5)钨夹渣夹杂物产生的原因由于钨极氩弧焊中的钨极烧损,钨极触及熔池或焊丝剥落熔入焊缝中生成。(1)焊接电流过大。(2)钨极直径太小。(3)氩气保护不良。防止焊缝中产生夹渣物的措施防止焊缝中产生夹渣物最重要的措施是正确选择焊条，焊剂的种类，。其次是注意工艺方面的操作。（1）选择合适的焊接规范，使熔池存在的时间不要太短,防止熔池金属凝固过快。（2）多层焊接时，要注意消除前层焊缝的熔渣。。防止焊缝中产生夹渣物的措施（3）焊条要适当摆动，随时调整焊条角度和运条方法，使铁水与熔渣分离,以利于熔渣浮出。（4）操作时要注意保护熔池，防止空气侵入熔池。(5)焊接速度不易太快，保证熔池内的熔渣有充分的时间上浮。(6)焊接电流不要太小。夹渣缺陷在底片上的影像描述夹渣在底片上影像是黑点、黑条或黑块，形状不规则，黑度变化无规律，轮廓不圆滑，有的带棱角。钨夹渣在底片上是白点。夹渣物底片上的形态点状夹渣物夹渣物底片上的形态块状夹渣物夹渣物底片上的形态条状夹渣夹渣物底片上的形态夹钨第三节焊接裂纹一、焊接裂纹的危害

二、焊接裂纹的分类

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。一、焊接裂纹的危害越南桥梁坍塌造成大量人员伤亡1943年美国T-2油轮发生断裂①焊缝中纵向裂纹②焊缝中横向裂纹③热影响区纵向裂纹④热影响区横向裂纹⑤火口(弧坑)裂纹⑥焊道下裂纹⑦焊缝内部晶间裂纹⑧焊趾裂纹⑨热影响区焊缝贯穿裂⑩焊缝根部裂纹二、焊接裂纹的分类分类:

1.按裂纹分布的走向分

纵向裂纹2.按裂纹发生部位分

①横向裂纹②纵向裂纹③星形（弧形裂纹）①焊缝金属中裂纹②热影响区中裂纹③焊缝热影响区贯穿裂纹3.按裂纹产生本质分

1）热裂纹产生温度：高温下存在部位：焊缝、热影响区特征：沿原奥氏体晶界开裂（均是沿晶开裂），其裂口均有明显的氧化色彩。分类：结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹结晶裂纹焊缝结晶过程中，在固相线附近温度，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而产生。主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢和单相奥氏体钢焊缝中。液化裂纹焊接热循环峰值温度作用下，在近缝区或多层焊的层间部位低熔共晶被重新熔化，在拉伸应力作用下开裂。主要发生在铬镍高强钢、奥氏体钢种，母材和焊丝中S、P、Si、C偏高时液化裂纹倾向严重。多边化裂纹焊缝或近缝区，在固相线稍下温度的高温区，刚凝固的金属中存在晶格缺陷（形成多边化边界），使强度和塑性很差，在很小的拉伸应力下开裂。多发生在纯金属或单项奥氏体合金中。热裂纹分类：HAZ液化裂纹结晶裂纹多边化裂纹2）冷裂纹产生温度：大体在+100℃～-100℃之间较多发生在Ms点附近存在部位:多在热影响区，少量在焊缝。特征（断口）：

冷裂纹最易发生在有一定淬硬倾向的钢种接头中（中、高碳钢，高强钢等）；宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：沿晶开裂，但也有穿晶（晶内）开裂，也可沿晶和穿晶混合开裂。冷裂纹分类：

延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹延迟裂纹在淬硬组织、氢和拘束应力的共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹。主要产生在含沉淀强化元素的高强钢、珠光体钢、奥氏体钢、镍基合金等钢种。淬硬脆化（淬火）裂纹由淬硬组织，在焊接应力作用下产生的裂纹。淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹（与氢含量关系部大）。如含碳的NiCrMo钢、马氏体不锈钢、工具钢。低塑性脆化裂纹在较低温度下，由于被焊材料的收缩应变，超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹。多发生在铸铁、堆焊硬质合金。冷裂纹分类：冷裂纹延迟裂纹3）再热裂纹（消除应力裂纹）

由于重新加热（消除应力热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力裂纹。产生温度：600~700℃回火处理产生部位：热影响区的粗晶区特征：沿晶开裂再热裂纹

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。产生温度：约400℃以下产生部位：热影响区附近裂纹形状：平行于轧制方向的阶梯型层状撕裂

5）应力腐蚀裂纹（SCC）：

焊接构件在腐蚀介质和拉伸应力共同作用下所产生的延迟破裂现象，称应力腐蚀裂纹。焊接热裂纹

一、焊缝中的结晶裂纹

特征、产生机理、影响因素、防止措施二、热影响区液化裂纹

特征、防止措施

一、焊缝中的结晶裂纹1.结晶（凝固）裂纹的形成机理焊缝金属在凝固过程中，先结晶的金属较纯，后结晶的金属含杂质较多，并富集在晶界，所形成的共晶都具有较低熔点（如FeS与Fe共晶温度988℃）。在结晶后期，已经长大的晶粒阻碍了尚存在的液态金属的流动，低熔共晶物被排挤在柱状晶交遇的中心部位，形成“液态薄膜”，同时由于收缩而受到了拉伸应力，可能会在这个薄弱地带开裂，形成结晶裂纹。1）产生部位：结晶裂纹都是沿焊缝树枝状晶的交界处发生和发展的。一般产生在焊缝中心位置，最常见的是沿焊缝中心纵向开裂，有时也发生在焊缝内部的两个树枝状晶体之间。结晶裂纹2）熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向简单的说，结晶裂纹的产生就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。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：不会产生裂纹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完全凝固阶段很难产生裂纹在脆性温度区,焊缝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。

也就是，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。3）产生结晶裂纹的条件：②TB内金属的塑性

TB内金属的塑性越小，越易产生结晶裂纹。①脆性温度区（TB）大小

TB大，拉应力作用时间长，产生裂纹可能性大。③TB内的应变增长率（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。焊缝是否产生结晶裂纹主要决定于以下三个方面：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）：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裂纹倾向随结晶区间（即脆性温度区）的变化而变化。②合金元素

a)S、PS、P增加结晶温度区间，脆性温度区间TB↑裂纹↑S、P产生低熔点共晶，使结晶过程中极易形成液态薄膜，因而显著增大裂纹倾向。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。钢锭中元素的偏析度Ke元素SPCWVMoSiCrMnNiKe200150605540402020155b）C

初生相S、P在先共析(晶)相中溶解度低，析出S、P富集在晶界上，裂纹↑

Mn具有脱S作用：还可使薄膜状FeS改变成球状分布，抗裂↑

c）MnC＜0.1%C↑结晶温度区间↑,裂纹↑＞0.51%初生相[FeS]+[Mn]=(MnS)+[Fe]d）Si

硅是相形成元素，利于消除结晶裂纹,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

一定含量O能降低S的有害作用，形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜变成球状，裂纹↓

f）Ni低熔点共晶：NiS+Ni(644℃)Ni会引起结晶裂纹

g）O总之，合金元素对结晶裂纹的影响是重要的，但也是复杂的。其中C、S、P对结晶裂纹影响最大，其次是Cu、Ni、Si、Cr等。③凝固组织的形态晶粒大小：晶粒粗大，裂纹的倾向↑初生相：相裂↑，裂↓在焊缝及母材中加入一些细化晶粒的合金元素（Ti、Mo、V、Nb、Al和稀土等），一可破坏液态薄膜的连续性，二可打乱柱状晶的方向。例如杂质的低熔点共晶所造成的液态薄膜是产生结晶裂纹的重要因素，若将晶界的液态薄膜改变为球状的形态，抗裂性↑2）力的因素产生结晶裂纹的充分条件=ss<m—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sG

——晶内强度

——晶间强度sGT↑，↓↓sGT→，=sG—等强温度若焊缝所受拉伸应力为随温度变化始终不超过，则不会产生结晶裂纹<若焊缝的拉伸应力为，>产生结晶裂纹——产生结晶裂纹的充分条件当T>T0时，则>，此时如发生断裂必然是晶间断裂。sG产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作用，二者缺一不可3、防止结晶裂纹的措施1）冶金措施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变质处理：加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al

既可防止结晶裂纹，还可细化晶粒，改善力学性能③调整熔渣的酸碱度（正确选择焊条）熔渣的碱度越高，熔池中脱硫、脱氧约完全，从而不易形成低熔点化合物，降低结晶裂纹倾向。2）工艺措施Φ=B/H要求：1<Φ<12①合理的成形系数（合理选择焊接工艺参数）为调整成形系数，须合理选用焊接参数：电压↑，Φ↑；电流↑，Φ↓；线能量不变时，焊速越大，裂纹倾向越大。②

合理的接头形式熔深较大的对接和各种角接（搭接、T形接头、外角接焊缝等）抗裂性较差。在接头处应尽量避免应力集中（错边、咬边、未焊透等），也是降低裂纹倾向的有效方法。③妥善安排焊接次序，降低拘束应力同心圆式（不好）平行线式（不好）放射交叉式（好）锅炉管板与管束的焊接次序总的原则：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。例如一般情况下，尽可能采用对称施焊，以利分散应力，减小裂纹倾向。例如先焊接短焊缝，再焊接长焊缝。二、热影响区液化裂纹1.产生部位和特点①热影响区的粗晶区(常在熔合线的凹陷处)②多层焊的层间过热区液化裂纹是沿奥氏体晶界开裂的微裂纹（断口呈典型的晶间开裂特征），它的尺寸很小（0.5mm以下），一般只有在金相显微下观察才能发现，但常成为冷裂纹、再热裂纹、脆性破坏和疲劳强度的发源地。液化裂纹2.液化裂纹的形成机理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点共晶被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。3.影响因素

4.防止措施

1）控制S、P等杂质含量(选用合适的母材)2）焊接工艺上，采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化与结晶裂纹大致相同，也是冶金因素和力学因素共同作用的结果。但也有它自身的规律，结晶裂纹倾向小的焊缝，并不一定具有良好的抗液化裂纹的能力。焊接冷裂纹

一、冷裂纹的特征

二、焊接冷裂纹的形成机理

氢、淬硬倾向、拘束应力三、防止冷裂纹的措施冶金、工艺一、冷裂纹的特征1.产生温度：Ms点附近

大体在+100℃～-100℃之间2.产生的钢种和部位：易发生在有一定淬硬倾向的钢种接头中（中、高碳钢，高强钢等）；多在热影响区，少量在焊缝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（主要是氢的作用）5.

分布形态1）焊趾裂纹2）焊道下裂纹3）焊根裂纹4）横向裂纹冷裂纹多发生在具有缺口效应的热影响区或物理化学不均匀的氢聚集局部。根部、焊趾裂纹起源于应力集中部位，沿最大应力方向，向热影响区或焊缝发展；焊道下裂纹在粗大的马氏体组织且含氢量较高的热影响区形成，走向与焊缝平行；横向裂纹走向垂直于焊缝边界。焊根裂纹焊趾裂纹及焊道下裂纹横向裂纹14MnMoVN钢冷裂纹二、延迟裂纹的机理延迟裂纹的三大主要因素：

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。三个因素的作用是相互联系和相互促进的，不同条件下起主要作用的因素不同。1.钢种的淬硬倾向

钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。碳当量越大，钢种淬硬倾向越大，焊接越容易产生裂纹。其原因为：1）形成脆硬的马氏体焊接条件下，快速冷却时，近缝区粗大的奥氏体转变为粗大的马氏体，这种脆硬组织利于裂纹形成和扩展。不同组织对裂纹敏感性增大顺序为：铁素体或珠光体、下贝氏体、低碳马氏体、上贝氏体、高碳马氏体。2）淬硬产生晶格的缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷（主要是空位和位错），在应力和热的作用下，空位和位错会发生移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临界值后，就会形成裂纹源。2.氢的作用氢是引起高强钢焊接冷裂纹重要因素之一，并且有延迟的特征，因此延迟裂纹又称氢致裂纹。钢中含氢量分为：残余氢和扩散氢。其中扩散氢对冷裂的产生和扩展起了决定性的作用。氢的来源？1）氢的来源及焊缝中的含氢量氢在不同金属组织中的溶解度和扩散系数不同。

氢在奥氏体中的溶解度远比铁素体中的溶解度大，且随温度的增加而增加。因此，在焊接时由奥氏体转变为铁素体时，氢的溶解度急剧下降；而氢的扩散速度恰好相反，由奥氏体转变为铁素体是突然增大，氢在奥氏体钢中必须在高温下才有足够的扩散速度。H的溶解度H的扩散系数2）金属组织对氢的扩散影响含碳较高的钢对裂纹和氢脆有较大的敏感性。基于这点出发，焊缝金属的含碳量总是控制在低于母材，因此对焊接一般低合金钢来讲，延迟裂纹往往出现在焊接热影响区。热影响区由A向M转变时，氢便以过饱和状态残留在M中，促使这个地区进一步脆化。如果这个部位有缺口效应，并且氢的浓度足够高时，就可能产生焊根裂纹或焊趾裂纹。若氢的浓度更高，可使M更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。F+PAMA裂3）氢在致裂过程中动态行为4）延迟裂纹的开裂机理当应力在σuc和σLc之间，就会出现由氢引起的延迟断裂，由加载到发生裂纹之前要经过一段潜伏期，然后是裂纹的扩展，最后发生断裂。延迟断裂时间与应力的关系潜伏期是裂纹形成的孕育阶段，实际上是氢逐渐向开裂部位扩散、集中、结合成分子并形成一定压力的过程。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，即裂纹扩展。氢从裂源开始孕育并形成、扩展都需要时间，因而具有延迟现象。延时长短与焊接接头的拘束情况、应力集中程度、焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度以及接头缺口处（根部或焊趾）金属的韧性等条件有关。3.焊接接头的拘束应力焊接条件下主要存在以下几种应力：①不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力与母材焊条金属的热物理性质及刚度有关②金属相变时产生的组织应力相变时组织比容不同而产生③结构自身拘束条件所造成的应力包括结构的刚度、焊缝位置、施焊顺序、构件的自重、负载情况等产生冷裂纹的力学行为并不是一般的平均拘束应力，而是在某一敏感部位（如有缺口、内部缺陷等）达到比平均应力更大的应力场，致使开裂。总括以上，高强钢焊接时产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之后受氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束应力下产生了裂纹。三、防止冷裂纹的措施1.冶金措施1）选用抗冷裂性能好的母材采用低碳多种微量合金元素的低合金高强钢采用杂质低的钢种（S、P、O、N）2）选用低氢焊接材料和低氢焊接方法不同级别强度级别的钢种，都有相应配套的焊条和焊丝、焊剂；

CO2焊，强氧化性，低氢型焊接方法。3）焊前烘干焊条、焊剂及清理焊丝、钢板烘干焊条、焊剂，注意环境温度，普通低氢焊条应在350℃，超低氢焊条应在400~450℃烘干2h，最好在保温箱内保存，随用随取，以防吸潮。对焊丝与钢板坡口附近的铁锈、油污等应仔细清理。4）提高焊缝金属的塑性和韧性通过焊接材料向焊缝过渡Ti、Nb、Mo、V、B、稀土等微量元素来韧化焊缝；采用奥氏体焊条焊接某些淬硬倾向较大的中、低合金高强钢，避免冷裂纹。①选择合适的焊接线能量

q↑、V冷↓、冷裂减少。但有晶粒粗大现象②预热冷却速度↓[H]外逸③后热消氢处理、去应力退火、正火、淬火+回火2.工艺措施第四节其它焊接裂纹

一、再热裂纹

二、层状撕裂

一、再热裂纹（消除应力裂纹）定义：焊后再加热或高温工作时500～600℃过程中产生裂纹称再热裂纹。1.再热裂纹的特征

1）热裂纹产生部位：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）再热裂纹2）敏感的温度范围:一般在500～700℃低于500或高于700℃,再加热不易出现再热裂纹

3）有大量的内应力存在，及应集中:在大拘束度的厚件或应力集中部位易产生再热裂纹

4）易产生在具有沉淀强化作用的钢材中:晶界滑动→微裂→扩展→裂纹

2.产生机理

1）一般条件：e>e0产生裂纹

e—过热区局部晶界的实际塑性变形量

e0—过热区局部晶界的塑性变形能力，即不产生再热裂纹的临界应变量

e实际塑性应变：接头的残余应力经再加热产生应力松驰而引起。与接头的拘束度残余应力，应力集中有关。

2）再热裂纹产生机理

晶界杂质析集弱化说

①晶界析集P、S、②硼化物沿晶析集二次沉淀理论晶内沉淀强化

①具有沉淀强化的元素②焊接高温时过a热区合金元素全部溶入A中，A长大.③焊后冷却速度快，合金元素以过饱和形式溶入在F中，渗碳体，一般出现在位错、空位、缺陷等处。④焊后再加热时（500～700℃）3.影响因素

化学成分对再热裂纹的影响晶粒度对再热裂纹的影响焊接接头不同部位和不同组织对再热裂纹的影响1)冶金因素

2）工艺措施

①

预热及后热

预热裂200～450℃，后热可降低预热温度

②

线能量的作用

E适当增加，减少过热区硬度，裂纹减小③

低强焊缝应用

减少近缝区塑变的集中程度，有利于降低再热裂纹产生倾向

④

降低残余应力和避免应力集中

二、层状撕裂

1）产生的部位和形状宏观形状：在外观上具有阶梯状的形式，由基本上平行于轧制方向表面的平台与大体上垂直于平台的剪切壁所组成。

微观形状：扫描电镜观察低倍下：断口表面呈典型的木纹状，是层层平台在不同高度分布的结果部位：母材或热影响区1.特征及危害性

2）产生在厚板结构中十字接头,丁字接头,角接头，平台局部地区有硅酸盐或氧化物夹杂物

2.形成机理及影响因素

1）层状撕裂的形成过程厚板结构中焊接时刚性拘束条件下，产生较大的Z向应力和应变，当应变达到超过材料的形变能力之后，夹杂物与金属基体之间弱结合面发生脱离，形成显微裂纹，裂纹尖端的缺口效应造成应力、应变的集中，迫使裂纹沿自身所处的平面扩展，把同一平面而相邻的一群夹杂物连成一平，形成所谓的“平面”。2）与此同时相邻近的两个平台之间的裂纹尖端处，在应力应变影响下在剪切应力作用下发生剪切断裂，形成“剪切壁“，这些平台和剪切壁在一起，构成层状撕裂所持有的阶梯形状。2.影响因素

1）非金属夹杂物的种类2）焊接Z向应力3）母材性能

①热影响区产生淬硬组织、塑性下降;②加热150～350℃出现应变时效，塑性、韧性下降4）氢的作用氢集聚发生在夹杂物和基体界面上的氢脆引起层状撕裂4.防止措施

1）选择母材

①精炼钢②控制夹杂物冶炼降低杂质，脱S加Ti、Zr或稀土元 素，促使夹杂物破碎、球化(成本高)

2）设计和工艺措施改变接头形式、降低焊接应力应尽量避免单侧焊缝等;应尽量避免承载焊缝预热及后热加软焊道接头形式在受力最小时即可防止层状撕裂，通过开坡口来减轻钢板Z向受承受的应力和应变。未熔合的概念及危害未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。未熔合可分为坡口未熔合，根部未熔合，层间未熔合。未熔合是一种面积型缺陷，坡口未熔合，根部未熔合对承载面积的减小都非常明显应力集中比较严重，危害大。第四节其他焊接缺陷未熔合产生的原因（１）焊接电流过小．焊接速度过快。（２）焊条角度不对。（３）产生弧偏吹现象。（４）焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水覆盖。（５）母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合。预防未熔合产生的措施（１）增加焊接线能量。（２）将坡口边缘充分熔透。（３）焊接规范正确，操作得当，焊接速度快慢均匀，焊条摆动到位。（４）将坡口表面或坡口底部边缘污物处理干净。未熔合在底片上的影像描述根部未熔合的典型影像是一条细直黑线，线的一侧轮廓整齐且黑度较大，为坡口钝边痕迹，另一侧轮廓可能较规则也可能不规则。根部未熔合在底片上的位置应是焊缝根部的投影位置，一般在焊缝中间，因坡口形状或投影角度等原因也可能偏向一边。未熔合在底片上的影像描述坡口未熔合的典型影像是连续或断续的黑线，宽度不一，黑度不均匀，一侧轮廓较齐，黑度较大，另一侧轮廓不规则，黑度较小，在底片上的位置一般在焊缝中心至边缘的1/2处，沿焊缝纵向延伸。层间未熔合的典型影像是黑度不大的块状阴影，形状不规则，如伴有夹渣时，夹渣部位的黑度较大。未熔合在底片上形态层间未熔合未熔合在底片上形态根部未熔合未熔合在底片上形态坡口未熔合未焊透的概念及危害未焊透是指母材金属之间没有熔化，焊缝金属没有进入接头的根部造成的缺陷。未焊透分为双面未焊透，单面未焊透未焊透缺陷是一种比较危险的缺陷，其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。未焊透产生的原因（１