第二节 焊接热裂纹
一、结晶裂纹形成机理
焊接热裂纹
一、结晶裂纹形成机理
1.形成结晶裂纹的内因：液态薄膜 必要条件：拉伸应力
2.结晶裂纹形成阶段：
a.液固阶段
b.固液阶段
c.完全凝固阶段
a
一、结晶裂纹形成机理
熔池结晶的阶段及脆性温度区
一、结晶裂纹形成机理
3.形成结晶裂纹的条件
焊接时产生结晶裂纹的条件
一、应力腐蚀裂纹的危害性
在腐蚀介质及有拉应力存在时，应力腐
蚀裂纹造成严重的失效事故
二、应力腐蚀裂纹的特征
（一）应力腐蚀裂纹的分布
焊缝SCC表面分布
金属内部SCC分布
（二）SCC开裂途径
奥氏体不锈钢不同介质中的SCC开裂
（三）SCC产生与应力
三、产生SCC的机理 （一）电化学应力腐蚀开裂机理
1.阳极溶解腐蚀开裂 APC 2.阴极氢脆开裂 HEC
1.焊接线能量对冷裂纹的影响 2.预热的影响 3.焊后后热的影响 4.多层焊的影响
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治 （五）防止冷裂纹的途径
1.冶金方面
母材：采用低碳多种微量合金元素强化； 精炼降低杂质。
焊接本身：选用优质低氢焊材和低氢 焊接方法。
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治 2.工艺方面
三、防治结晶裂纹的措施 （一）、冶金因素方面 1.控制焊缝中的硫、磷、碳等有害杂质的含 量 2.改善焊缝凝固结晶、细化晶粒 不锈钢焊接，希望得到５％的δ相
三、防治结晶裂纹的措施 （二）、工艺因素方面 1.适当增加焊接线能量和提高预热温度 2.接头形式 3.焊接次序
三、防治结晶裂纹的措施
接头形式对裂纹倾向的影响
三、焊接冷裂纹的机理
（二）氢的作用
研究表明，焊接接头含氢量越高，裂纹的敏
感性越大，当局部地区的含氢量达到某一临界
值时，开始出现裂纹。
钢中的氢分为残余氢和扩散氢，在MS点以下
产生冷裂纹，较高温度下的氢已扩散，因此在 较低温度下的扩散氢才具有致裂作用。
三、焊接冷裂纹的机理
碳当量与临界含氢量的关系
三、焊接冷裂纹的机理 1.氢的来源及焊缝中的含氢量
各合金元素对铁结晶温度区间的影响
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
钢中各元素的偏析系数
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 （2）碳
硫和磷的浓度
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 （3）锰
Fe-C平衡相图的高温部分
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
Mn、C、S同时存在时对结晶裂纹的影响
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 （４）硅
形成δ相的元素
（5）钛、锆和稀土
能形成高熔点的硫化物
（6）镍
易与硫形成低熔点共晶
（7）氧
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 3.凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响
δ相在奥氏体基底上的分布
（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响 冶金因素是必要条件而产生结晶裂纹的充
分条件是有力的作用。
金属强度随温度的变化和拉伸应力的关系
焊道下延迟裂纹
二、冷裂纹的种类 （三）、根部裂纹
根部裂纹
三、焊接冷裂纹的机理 （一）、钢种的淬硬倾向
1.形成脆硬的马氏体组织
组织对裂纹的敏感性排序：
F/P→BL→ML→Bu→Bg→M-A→MT
三、焊接冷裂纹的机理
2.淬硬会形成更多的晶格缺陷
空位和位错，在应力和热力不平衡条
件下，空位位错会发生聚集，浓度达到临 界值时，会形成裂纹。
一、结晶裂纹形成机理
决定条件： a.TB的大小 b.脆性温度区内金属的塑性 c.在脆性温度区内的应变增长率
二、结晶裂纹的影响因素 1、合金状态图的类型和结晶温度区间
结晶温度区间与裂纹倾向的关系
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
合金状态图与结晶裂纹倾向的关系
（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 2.合金元素对产生结晶裂纹的影响 （1）硫化磷
二、层状撕裂的形成机理及影响因素
（一）层状撕裂的形成机理
（二）影响因素 1.非金属夹杂的种类、数量和分布形
态 夹杂物的体积比；夹杂物的累积长度 2.Z向拘束应力
3.氢的影响 冷裂诱发引起
三、层状撕裂判据
（一）Z向拉伸断面收缩率不小于
15% （二）插销Z向应力判据 与碳当量、氢含量及硫含量有关
四、防止层状撕裂的措施
（一）选用具有抗层状撕裂的钢材
1.精炼钢
2.控制硫化物夹杂的形态
（二）设计和工艺上的措施 1.尽量避免单侧焊缝，缓和根部应力状
态
2.强度允许情况下，采用焊接量少的焊 缝代替焊接量多的焊缝
3.在承受Z向应力的一侧开坡口 4.预先焊打底焊缝，缓和Z向应力
5.采取防冷裂措施
改变接头型式防止层状撕裂
第六节 应力腐蚀Байду номын сангаас纹
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
（二）拘束应力的影响
（三）氢的有害影响
HT80钢对接接头熔合线及焊根处的塑性应变
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
无预热及无后热焊后10min扩散氢聚集浓度与原始氢浓 度之比的分布情况
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
氢气泡逸出的动态过程
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治 （四）焊接工艺对冷裂纹的影响
18MnMoNb钢的再热裂纹
二、再热裂纹的机理
（一）晶界杂质析集弱化作用
研究表明，再热裂纹的产生是由晶界优
先滑动导致微裂而产生和发展的。 焊后热处理时，残余应力松弛过程中， 粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超 过该部位的塑性变形能力。
杂质含量对ec的影响
磷对临界COD的影响
二、再热裂纹的机理
（二）晶内沉淀强化作用 沉淀相一次加热固溶，二次再热在晶 内析出导致晶内强化。 （三）蠕变断裂理论
三、再热裂纹的影响因素及其防治
（一）冶金因素
1.化学成分对再热裂纹的影响随钢
种的不同而差异
2.钢的晶粒度对再热裂纹的影响
Cr、Mo含量对SR的影响
V、Nb、Ti对SR的影响
三、再热裂纹的影响因素及其防治 3.焊接接头不同部位和缺口效应对 SR的影响
2.金属组织对氢扩散的影响
三、焊接冷裂纹的机理
氢在铁中的溶解度及在不同组织的钢中扩散速度
三、焊接冷裂纹的机理
3.氢在致裂过程中的动态行为
高强钢HAZ延迟裂纹的形成过程
三、焊接冷裂纹的机理
4.延迟裂纹的开裂机理 （1）充氢钢拉伸试验
延迟断裂时间与应力的关系
三、焊接冷裂纹的机理
（2）延迟裂纹与温度的关系 （3）不同的钢种氢的扩散速度不同 （4）应力扩散理论
金属内部缺陷提供裂源，应力作用下开裂。
三、焊接冷裂纹的机理
氢致裂纹的扩展过程
三、焊接冷裂纹的机理
（三）焊接接头的应力状态 1.不均匀加热及冷却过程中所产生的热应
力 2.金属相变时产生的组织应力
3.结构自身拘束条件所造成的应力
四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
（一）钢种的化学成分的影响
采用低碳和添加多种微量合金元素开发的 低合金高强钢，HAZ为低碳贝氏体、低 碳马氏体和自回火马氏体。
三、防治结晶裂纹的措施
锅炉管板与管束的焊接次序
对称焊接法举例
第三节 焊接冷裂纹
一、冷裂纹的危害性及其一般特征 （一）、冷裂纹的危害性
炸毁的球罐
一、冷裂纹的危害性及其一般特征 （二）、冷裂 纹的一般特征
14MnMoVN钢根部冷裂纹
二、冷裂纹的种类 （一）、焊趾裂纹
焊趾裂纹A及焊道下裂纹B
二、冷裂纹的种类 （二）、焊道下裂纹
缺口位置与再热裂纹的关系
三、再热裂纹的影响因素及其防治
（二）工艺因素
1.焊接方法的影响
2.预热及后热的影响
3.选用低匹配的焊材 4.降低残余应力、避免应力集中
第五节 层状撕裂
一、层状撕裂的主要特征及危害性
特征：1.内部低温开裂
2.呈阶梯状扩展
3.平台+剪切壁 4.易在T形接头和角接接头出现 5.在焊接接头的焊根和焊趾处
制定正确的施工程序、选择合适的焊接 线能量、预热温度、焊后后热及焊后热处
理。
第四节 再热裂纹
一、再热裂纹的主要特征
1.发生在HAZ的粗晶部位呈晶间开裂。
2.消应力前焊接区存在较大的残余应
力和不同程度的应力集中。 3.存在一个最敏感的温度区间。 4.含有一定沉淀强化元素的金属材料 具有再热裂纹的敏感性。
APC和HEC应力腐蚀过程
（二）机械破裂应力腐蚀开裂机理
滑移台阶高度大于氧化膜的厚度，氧化膜
破裂，金属露于表面。
塑性变形引起的滑移台阶
（三）SCC的扩展
三类SCC的扩展形态
四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治
（一）组装
（二）焊材的选择：与母材成分一致 （三）焊接工艺：焊接线能量 （四）焊后消应力处理 （五）表面改质