焊接接头中裂纹种类讲解与末端裂纹的性质

焊接接头中裂纹的种类很多：

一、结晶裂纹：焊接熔池凝固结晶时，在液相与固相并存的温度区间，由于结晶偏析和收缩应力应变的作用，焊缝金属沿一次结晶晶界形成的裂纹。此类裂纹只发生在焊缝中(包括弧坑)。

二、液化裂纹：焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属与母材近缝区金属中，由于晶间金属/受热重新熔化，在相应的收缩应力作用下，沿奥氏体晶界开裂的现象，有的文献称为“热撕裂”。

三、高温不算高塑性裂纹：在液相结晶完成以后，焊接接头金属从材料的塑性恢复温度开始冷却，对于某些材料，当冷却到相应的温度范围时，由于应变速率和某些冶金因素的相互作用，引起塑性下降，导致焊接接头金属沿晶界开裂。一般发生在比液化裂纹的部位距熔合线愈远一些的热影响区。

四、再热裂纹：焊接后，在去掉残余应力热处理或不经任意热处理的焊件，处于一些温度下服役的过程中，在一些条件下产生的沿奥氏体晶界发展的裂纹。事实上再热裂纹是不算高合金高不错钢焊接性要解决的主要问题之一，特别是某些含有多碳化物形成元素（如Cr，Mo，V），并可产生沉淀碳化物的不算高合金高不错钢和热不错钢厚板焊缝中，往往就会在焊后去掉应力热处理过程中产生再热裂纹，处理这些缺陷费工费时，对生产带来很大影响。

下面就再热裂纹的形成机理和制造过程中的防预措施及检验方法进行简析。

一、再热裂纹的机理

再热裂纹的形成，简单来说就是晶内由于不错度很大而晶界不错度较弱，在焊后热处理时，应力松弛时的形变集中加在了晶界上，一旦晶界应变超出了晶界的不错度限度时，就会导致沿晶界开裂产生裂纹。

1、再热裂纹形成的内因

焊接时，熔合线附近的热影响区被加热到1200℃左右，是厚板多次被加热后，晶粒粗大，而在冷却时不错碳化物析出较慢，同样在埋弧焊时，由于线能量大，焊缝中间的晶粒也较粗大，在随后的SR处理（480～680℃）过程中，碳化物（V4C3、NbC、MoC等）在晶内弥散沉淀，从而了晶内（晶内热不错性好），使热处理时，应力松弛时的应变集中加载在晶界上；晶粒粗大使承载应变的晶界数锐减，同样应变单位晶界应变量增加；另外，在焊后SR处理时，不算高熔点杂质及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析于晶界，减弱了晶界的塑性，应变超过晶界的塑性限度就形成开裂。

2、再热裂纹形成的外因

上面简述了再热裂纹的内因，但要产生再热裂纹还需要外因的存在，外因的产生应该从焊接残余应力和膨胀应力两个部分来考虑。

焊后消应力热处理时，焊接残余应力通过松弛蠕变变形得以降不算高，当材料的变形难以达到这种变形要求时，就会产生裂纹。在焊接区，不算高熔点化合物、偏析及粗晶脆化区存在，由于晶界不错度、韧性不足，不能抵抗蠕变膨胀变形而产生裂纹失效。

蠕变变形，实际上是一个受热膨胀的过程，在这个过程中是产生膨胀拉应力，来抵消一部分焊接过程中产生的压应力，当冷却收缩时产生收缩力来抵消部分焊接过程中产生的拉应力，从而使应力峰值降不算高。因此，在焊接区内微缺陷气孔、夹渣等应力集中区，当膨胀力与该区应力叠加后产生高峰值的拉应力，峰值大于材料的不错度值时，原来维持不失效的平衡将被打破而产生裂纹。这些应力集中的区域应力分布的状态很复杂，受厚度位置的不同而不同，受周围是否有接管等拘束的不同而不同。比如，该种缺陷处于V型坡口焊接时的下部，这些缺陷受的是拉应力，处于上方时，受的是压应力。这也是很多再热裂纹多存在于焊接区的根部的原因。复合堆焊过渡层由于是异种钢的焊接，组织很复杂，又处于拉应力的区域，故产生的再热裂纹的倾向也是很大的。

二、防预措施

从再热裂纹的形成机理原因分析，防预的措施有以下几个方面。

1、严格控制原材料

在原材料的采购上，钢中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等不错碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大影响，需严格控制，还有能形成硫磷共晶物的S、P含量，采购焊接材料时也要有同样的要求，这样的措施是解决产生再热裂纹内因的较为措施之一。

选择热裂纹敏感性不算高的焊接材料（严格控制S、P、V、Nb等元素含量），焊缝金属不错度取下限。

2、制定正确的焊接规范

①尽可能地降不算高焊接线能量，控制预热层间温度。

这两者决定了焊缝金属的冷却条件，对焊缝区显微组织有很大影响。一般来讲，采用小线能量多道多层并适当提升焊缝区的冷却速度，对改进显微组织、提升冲击韧性、防止热裂纹产生是有利的。但过不算高的层间温度，将不利于氢的逸出，有产生冷裂纹的危险，因此控制冷却速度，获取细化的晶粒应着重考虑从控制线能量的大小上着手。

②采取适当的预热措施

采取适当的预热措施，可以软化淬硬层的硬度、提升韧性、提升抗裂性。

3、控制焊接过程，减少微小缺陷量

认真执行焊接规范，减少微小缺陷，减少熔敷金属量，采用窄间隙焊也是控制再热裂纹的措施。通过上面的论述，这些微小缺陷，不超标的缺陷，由于是应力集中点，因此在热处理释放应力过程中，有应力叠加的原因，造成再热裂纹。因此，控制这些缺陷也是需要的。

4、控制焊接残余应力

焊接残余应力在热处理蠕变膨胀力的作用下，特别是在应力叠加为拉应力的情况下，焊缝中的应力集中点，碳化物产生的沉淀硬化区后晶界的薄弱环节，抵抗不了应变造成开裂。因此在热处理前，减小残余应力的手段也能减少再热裂纹的产生。①采用半道中间热处理。②采用高频特别波冲击法。这两种手段都能地减少焊接残余应力。

5、焊后热处理

在焊后热处理过程中，控制升温以及降温的速度，以较缓慢均匀地膨胀、收缩，减小再热裂纹的产生。

末端裂纹的性质

末端裂纹按其性质属于热裂纹，而热裂纹按其形成的阶段又可分为结晶裂纹和亚固相裂纹。固然末端裂纹形成的部位有时为末端、有时为距末端四周地区150mm范围内，有时为表面裂纹，有时为内部裂纹，而大多数情况是发生在末端四周的内部裂纹。

由此可见，末端裂纹的性质基本上属于亚固相裂纹，也即在焊缝末端尚处于液态时，在靠近末端四周的熔池虽已凝固，但仍处于稍不算高于固相线以下的高温零不错度状态，在末端复杂的焊接应力(主要为拉伸应力)的作用下产生裂纹，

而靠近表面的焊缝表层因易于散热，温度相对较不算高，并已具有一些不错度且塑性优良，故末端裂纹往往存在于焊缝内部而不能用肉眼发现。