材料成形原理（焊接部分）
6 焊接裂纹
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6.1 焊接裂纹分类及特征
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船舶中部主甲板横向断裂情况
焊接裂纹的危害
图2 船舶完全断裂实例2
图1 船舶完全断裂实例1
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一 、焊接裂纹的危害
焊接裂纹对焊接结构的危害有：
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。 造成严重应力集中。降低结构的疲劳强度，易引发结构的脆性破坏。 造成泄漏。高温高压锅炉或压力容器，盛装输送有毒、可燃气体或液体
热裂纹
600~700℃ 回火处理
含有沉淀强化元素 的高强钢,珠光体钢, 奥氏体钢,镍基合金
等
热影响区的 粗晶区
沿晶界开 裂
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 具有延迟特性的裂纹
在Ms点以下
中,高碳钢,低中合 金钢,钛合金等
热影响区, 少量在焊缝
沿晶或穿 晶
冷 裂 纹
淬硬脆化 裂纹
主要是由淬硬组织,在焊接应力的作用下产生的裂 纹
开裂
在400℃以 下
含有杂质的低合金 高强钢厚板结构
热影响区附 穿晶或沿
Ms附近
含碳的NiCrMo钢,马 热影响区, 沿晶或穿
氏体不锈钢,工具钢 少量在焊缝
晶
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
在400℃以 下
铸铁,堆焊硬质合金
热影响区及 焊缝
沿晶及穿 晶
层状裂纹
主要是由于钢板的内部存在有分层的夹杂物(沿轧 制方向),在焊接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”式层状
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
再热裂纹
特征：
产生部位在热影响区的过热区中， 属于典型的晶间断裂性质。
产生于再热的升温过程中，敏感温 度一般在500~700℃之间。
产生条件：
有较大的焊接残余应力。在拘束度大的厚件中或应力集中部位更易于产生再热裂纹。 多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体钢和镍基合金中。以含钒、铬、钼、硼的钢最为明显，
的储罐和管道，若有穿透性裂纹，必然发生泄漏，工程上是不允许的。 加速结构的腐蚀。表面裂纹能藏垢纳污，容易造成或加速结构的腐蚀。 留下隐患，使结构不可靠。延迟裂纹的不定期性，漏检的微裂纹，增加
了焊接结构使用中的潜在危险。若无法监控便成为极不安全的因素。
从焊接应用早期(40年代)到近代，国内外屡屡发生由焊接裂纹引起的重大事故。如焊 接桥梁坍塌，大型海轮断裂，压力容器爆炸等恶性事故。
中。
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
应力腐蚀裂纹
SCC(Stress Corrosion Cracking )
在石油、化工、冶金、能源和海洋工程中许多 焊接结构都是在各种腐蚀介质下长期工作，而 这些结构焊后常有较大残余应力，在工作过程 中工作应力也较大，容易产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀而引起的断裂是在没有明显宏观变形、 无任何征兆的情况下发生的，破坏具有突发性。 裂纹往往深入到金属内部，一旦发生很难修复， 有时只好整台设备报废。
从宏观形态看，应力腐蚀裂纹只产生在与腐蚀 介质接触的金属表面，然后由表面向内部延伸， 表面看成多直线状、树枝状、龟裂状或放射状 等多种形态，但都没有明显塑性变形，裂纹走 向与所受拉应力垂直。
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裂纹分类
基本特征
敏感的温度 区间
被焊材料
位置
裂纹走向
结晶裂纹
在结晶后期,由于低熔共晶形成的液态薄膜消弱了 晶粒间的联结,在拉伸应力的作用下发生开裂.
焊缝上,少 量再热影响
区
沿奥氏体 晶界
液化裂纹
再焊接热循环峰值温度的作用下,在热影响区和多 固相线以下 层焊的层间发生重熔,在应力作用下产生的裂纹 稍低温度
含S,P,C较
间
沿晶界开 裂
再热裂纹
厚板焊接结构消除应力处理过程中,在热影响区的 粗晶区存在不同程度的应力集中时,由于应力松弛 所产生附加变形大于该部位的蠕变塑性,则发生再
而在普通碳钢中不产生这种裂纹。
原因：
在消除应力时(焊后热处理)，晶界的塑性变形的能力不足以承受在应力松驰过程中所产生的变形所致。
机理：
目前看法尚不统一，有入认为是析出碳化物等沉淀硬化相；有人认为是硫、磷、锡、锑、硼等元素的 偏析骤集造成晶界脆化；也有人认为是空位等缺陷在重新加热过程中聚集长大而成。
3）再热裂纹——焊后焊件在一定温度范围再次加热（消除应力热处 理或其他加热过程如多层焊时）而产生的裂纹叫再热裂纹。
4）层状撕裂——指焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯 状裂纹叫层状撕裂。
5）应力腐蚀裂纹——某些焊接结构(如容器和管道等)，在腐蚀介质 和应力的共同作用下产生的延迟开裂叫应力腐蚀裂纹。
在固相温度 以上稍高的 温度(固液
状态)
杂质较多的碳钢,低 中合金钢,奥氏体钢,
镊基合金及铝.
焊缝上
沿奥氏体 晶界
热 裂 纹
多边化裂 纹
已凝固的结晶前沿,在高温和应力的作用下,晶格 缺陷发生移动和聚集,形成二次边界,它在高温处
于低塑性状态,在应力作用下产生的裂纹.
固相线以下 再结晶温度
纯金属及单相奥氏 体合金
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
层状撕裂
➢层状撕裂多发生在低合金高强钢中。 ➢特点是由若干沿着钢板轧制方向、且平行于表面发展的裂纹“平
台”，通过大致与板面垂直的剪刀“壁”而连接起来的阶梯形裂纹。 ➢产生的原因，主要是由于轧制钢材内部存在有分层的夹杂物，当焊
接时，在垂直于轧制方向的应力作用下出现了裂纹。 ➢撕裂温度一般在400 ℃以下，常见于T型接头、十字接头和角接头
随着钢铁、石油化工、船舰和电力等工业的发展，焊接结构趋向大型化、大容量和高参 数化。恶劣条件下工作时，广泛采用低合金高强度钢，中、高合金钢，超高强度钢，及各种 合金材料，而这些材料通常对裂纹十分敏感。这些重大焊接结构发生事故，往往是灾难性的， 必须十分重视。
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
1、焊接裂纹分类 按 裂 纹 形 态 分 类
(a)焊缝金属中的裂纹
(b)焊接热影响区的裂纹
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二 、焊接裂纹分类及其一般特征
按产生裂纹的本质分五类
1）热裂纹——在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附 近的高温区产生的焊接裂纹叫热裂纹。
2）冷裂纹——焊接接头冷却到较低温度时（对钢来说在Ms温度以下 或200℃~ 300℃) 产生的焊接裂纹叫冷裂纹。