焊接裂纹的分类及特征分析

焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定的潜伏期即延迟性，有的则产生于焊后的再次加热过程中。在焊接生产中，由于钢材和结构的类型不同，所遇到的裂纹是多种多样的。裂纹的形态和分布特征是很复杂的。焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。

按裂纹方向可分为纵向裂纹、横向裂纹、辐射状（星状）裂纹。

图8-1 等强温度示意图

按裂纹发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹、熔合区裂纹、焊趾裂纹及热影响区裂纹。

以等强温度为准可将裂纹划分为高温下的高温裂纹系列、低温下的低温裂纹系列。等强温度是指晶粒与晶界两者强度相等时的温度，如图8-1所示。晶界金属的强度对温度的敏感性大，这是因为金属的晶界在高温下具有粘滞性，晶界区域的金属具有最大的点阵不完整性；而晶内金属由于点阵较为完整，所以其强度对温度敏感性小。两大焊接裂纹系列具有各自的共性特征，高温裂纹系列的共性是具有沿晶开裂、断口表面具有氧化色彩的特征，而低温裂纹系列的共性是一般具有穿晶或沿晶与穿晶混合的断裂形态。

按裂纹形成的条件和机理，大体可分为以下五类。

1.热裂纹

热裂纹是在固相线附近的高温下产生的（等强温度以上），故又称为高温裂纹。它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。根据热裂纹的形态、温度区间和主要原因，又将热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三类。

（1）结晶裂纹 焊缝结晶过程中，在固相线温度以上稍高的温度（固液状态），由于低熔点共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的连接，在拉应力的作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。裂纹沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或断续），也可看到焊缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽。

结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低中合金钢、单相奥氏体钢、镍基合金及某些铝合金的焊缝中。

（2）液化裂纹 在焊接热循环峰值温度的作用下，在热影响区或多层焊的层间部位，被焊金属由于含有较多的低熔点共晶而被重新熔化，在拉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S、P、C较多的镍铬高强度钢、奥氏体钢以及某些镍基合金的热影响区或多层焊层间部位。

（3）多边化裂纹 焊接时焊缝或热影响区在稍低于固相线的高温区间，在高温和应力作用下，晶格缺陷发生移动和聚集，形成二次边界，即所谓“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，在高温下处于低塑性状态，只要有轻微的拉应力，就会沿多边化的边界开裂，产生所谓“多边化裂纹”。

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热影响区。

2.冷裂纹(www.xing528.com)

冷裂纹是焊接生产中较为普遍的一种裂纹，它是焊后冷至Ms点温度下产生的，又称为低温裂纹。它的特征是穿晶（晶内）断裂或沿晶和穿晶混合断裂。根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹也有不同的类别，大致可分以下三类。

（1）延迟裂纹 这种裂纹是冷裂纹中的一种普遍形态，它的主要特点是在焊后不会立即出现，而是有一定孕育期，具有延迟现象，故称为延迟裂纹。这种裂纹的产生主要决定于钢种的淬硬倾向、焊接接头的应力状态和熔敷金属中的扩散氢含量。

延迟裂纹主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳钢和高碳钢的焊接热影响区。个别情况下，如焊接超高强度钢或某些钛合金时，也会出现在焊缝金属上。

（2）淬硬脆化裂纹（或称淬火裂纹）一些淬硬倾向很大的钢种，即使没有氢的诱发，仅在拘束应力的作用下也能导致开裂。这种裂纹基本上没有延迟现象，焊后可以立即发现，一般认为，这种裂纹与氢的关系不大。

淬硬脆化裂纹主要发生在含碳较高的Ni-Cr-Mo钢、马氏体不锈钢、工具钢以及异种钢等的热影响区，有时也出现在焊缝上。

（3）低塑性脆化裂纹 在较低的温度下，由于被焊材料收缩应变超过了材料本身的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，称为低塑性脆化裂纹。这种裂纹也是在较低的温度下产生的，所以也属于冷裂纹的另一种形态，但无延迟现象。

3.再热裂纹

厚板焊接结构消除应力处理（或高温使用）的过程中，在热影响区的粗晶区析出沉淀硬化相（Mo、V、Cr、Nb、Ti的碳化物），并存在较大残余应力和不同程度的应力集中时，由于应力松弛所产生的附加变形大于该部位的蠕变塑性，则发生再热裂纹，又称为消除应力处理裂纹。这种裂纹的特征是沿晶开裂。

再热裂纹产生于含有沉淀强化元素的高强度钢、珠光体钢、奥氏体钢、镍基合金等的热影响区粗晶区。

4.层状撕裂

层状撕裂主要是由于钢板内部存在有分层（沿轧制方向）的夹杂物（特别是硫化物、氧化物夹杂），在焊接时产生的垂直于轧制方向的应力，致使在热影响区或稍远的地方，产生“台阶”形层状开裂，并可穿晶扩展。层状撕裂属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃，但它的特征与冷裂纹截然不同。

层状撕裂易发生在含有分层性杂质的低合金高强度钢以及厚壁结构的T形接头、十字接头和角接头的热影响区附近。

5.应力腐蚀裂纹

焊接构件，如容器、管道等在腐蚀介质和拉应力的共同作用下（包括工作应力和残余应力），产生一种延迟破坏的现象，称为应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展。一般情况下，常见于低碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金、α黄铜和镍基合金等材料中。这种裂纹大多属于沿晶断裂性质，少数也有穿晶断裂；从断口来看，为典型的脆性断口。