[科普中国]-冷裂纹

简介

焊接接头冷却到较低温度下时产生的焊接裂纹叫冷裂纹。主要发生在重碳钢、高碳钢、低合金高强钢、中合金钢高强钢、马氏体不锈钢的焊接热影响区，一些超高强度钢、钛合金有时也出现在焊缝中。焊接冷裂纹主要分布在焊道下、焊缝根部、焊趾、焊缝表面，具有沿品及穿晶断裂特征，断口明亮有金属光泽，，同热裂纹一样，其断裂条件是：焊接接头局部位置的延性δmin不足以承受所发生的应变占的作用，即ε≥δmin时发生断裂。焊接冷裂纹包括淬硬脆化裂纹、延迟裂纹、低塑性脆化裂纹。

分类1、淬硬脆化裂纹

淬硬倾向大的钢在焊接热循环作用下产生淬硬组织，在应力作用下产生裂纹。产生裂纹的敏感温度在Ms附近，焊接接头冷却到一定温度以下即出现裂纹，没有延迟开裂特征。一些超高强度钢、马氏体不锈钢、工具钢具有较高的淬硬脆化裂纹敏感性。

2、延迟裂纹

焊接接头冷却到室温后并在一定时间（几小时、几天，甚至十几天）才出现的焊接冷裂纹称延迟裂纹。延迟裂纹的影响冈素有淬硬组织、氢、应力。钢的淬硬倾向越大，焊接时越容易形成脆硬的马氏体组织，产生裂纹的敏感性越高；焊缝金属中的扩散氢是延迟裂纹形成的主要闪素，氢含量越高，延迟裂纹的敏感性越大；存在应力是产生延迟裂纹的必要条件，应力主要有：由焊接的不均匀加热和冷却过程引起的热应力、由金属相变发生的体积变化而引起的棚变应力、由结构刚度和约束引起的拘束应力。

3、低塑性脆化裂纹

被焊母材或焊缝金属本身塑性过低，在焊接热应力和拘束应力作用下，发生的应变大于其延性而产生的裂纹。低塑性脆化裂纹与氢的作用无关，与焊接形成的脆硬组织也无必然联系，根本原因在于母材塑性过低。低塑性脆化裂纹在焊接接头冷却到一定温度以下即出现，多出现在焊缝和热影响区表面，没有延迟特征。铸铁、硬质合金堆焊容易产生低塑性脆化裂纹，高合金化钛合金、钛铝金属间化合物等航空材料也容易产生这类裂纹。

下图是Ti3Al合金焊接接头低塑性脆化裂纹。1

产生原因1、焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。

2、扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹）

3、存在较大的焊接拉应力。

防止冷裂纹产生措施主要从降低扩散氢含量、改善组织和降低焊接应力等方面来防止冷裂纹的产生。具体措施有：

1、焊前预热和焊后缓冷。这不仅可以改善焊接接头的金相组织，降低热影响区的硬度和脆性，而且可以加速焊缝中的氢向外扩散，并可以起到减少焊接应力的作用。

2、选择合适的焊接规范。若焊接速度太快，由于冷却速度快，易形成淬火组织；若焊接速度太慢，会使热影响区变宽，晶粒变粗大。因此焊接速度过快或过慢，都会促使冷裂纹的产生。

3、采用合理的装配和焊接顺序。减小焊接接头的约束应力，改善焊件的应力状态。

4、选用合适的焊接材料。如选用碱性低氢型焊条和碱度高的埋弧焊剂。焊前要烘干焊条、焊剂，并做到随用随取。清除焊丝中的油、锈等污物，以降低焊缝中的扩散氢含量。

5、焊前应仔细清除坡口周围基本金属表面的水、油、锈等污物．以减少氢的来源。

6、焊后应立即进行去氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。

7、焊后（特别对易淬火钢）应立即进行消除应力的退火处理。这样不仅可以减少或消除焊接残余应力，改善接头的显微组织和性能。同时也可以促使焊缝中的氧向外扩散

冷裂纹与热裂纹区别1、产生的温度和时间不同

热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中。冷裂纹大致发生在焊件冷却到200～300℃，有的焊后会立即出现，有的可以延至几小时到几周甚至更长时间才会出现。所以冷裂纹又称延迟裂纹。

2、产生的部位和方向不同

热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中，有的是纵向，有的是横向，有时热裂纹也会延伸到基本金属中去。冷裂纹大多数产生在基本金属或熔合线上，大多数为纵向裂纹，少数为横向裂纹。

3、外观特征不同

热裂纹断面都有明显的氧化色。冷裂纹断口发亮，无氧化色。

4、金相结构不同

热裂纹都是沿晶界开裂的。冷裂纹是贯穿晶粒内部，即穿品开裂，不过也有的是沿晶界开裂。2