第五章 焊接裂纹 1
第五 章
焊接裂纹
第五章 焊接裂纹 2
第一节 概述
第二节 焊接热裂纹
第三节 焊接冷裂纹
第四节 再热裂纹
第五节 层状撕裂
第六节 应力腐蚀裂纹
第七节 焊接裂纹综合分析和判断
第五章 焊接裂纹
第五章 焊接裂纹 3
重点内容
1、裂纹的分类用一般特征
2、结晶裂纹的形成机理、影响因素，及其防
冶措施
3、焊接冷裂纹的形成机理，
4、应力腐蚀裂纹形成机理
５、层状撕裂产生原因及防止、
６焊接裂纹综合分析及判断，各种裂纹断口形
貌特征。
第五章 焊接裂纹 4
§ 5-1 概述
一, 危害性
焊接结构产生裂纹轻者需要 返修, 浪
费人力, 物力, 时间, 重者造成焊接结构
报废, 无法修补 。 更严重者造成事故, 人
身伤亡 。 如 1969年有一艘 5万吨的矿石运输
船在太平洋上航行时, 断裂成两段而沉没
,在压力容器破坏事故中, 有很多都是由
于焊接裂纹造成 。 因此, 解决研究焊接裂
纹已成为当前主要课题 。
第五章 焊接裂纹 5
二、种类
各种不同类型的裂纹
①焊缝中纵向裂纹 ②焊缝上横向裂纹
③热影响区纵向裂纹 ④热影响区横向裂纹
⑤火口（弧坑）裂纹 ⑥焊道下裂纹
⑦焊缝内部晶间裂纹 ⑧焊趾裂纹
⑨热影响区焊缝贯穿裂纹⑩焊缝根部裂纹
第五章 焊接裂纹 6
第五章 焊接裂纹 7
分类,
1,按裂纹分布的走向分
纵向裂纹2,按裂纹发生部位分
① 横向裂纹 ②纵向裂纹
③星形（弧形裂纹）
① 焊缝金属中裂纹
②热影响区中裂纹
③焊缝热影响区贯穿裂纹
第五章 焊接裂纹 8
3,按产生本质分类
1）,热裂纹 （高温裂纹）
产生,热裂纹 (高温裂纹 )高温 下产生
存在部位, 焊缝 为主,热影响区
特征,宏观看,沿焊缝的轴向成纵向 分
布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹
，裂口均有较明显的 氧化色彩,表面无
光泽，微观看，沿晶粒边界（包括亚晶
界）分布，属于 沿晶 断裂性质
第五章 焊接裂纹 9
1)、热裂纹分类
a,结晶裂纹,在凝固的过程 --结晶过程 中产生
b,高温液化裂纹, 在 高温 下产生,钢材或多层焊
的层间金属含有低熔点化合物经 重新溶化,
在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂
c,多边化裂纹, 产生 温度低于固相线温度,存在
晶格缺陷 (位错和空位 ),物理化学的不均匀性,
在应力作用下,缺陷聚集形成 多边化边界,使强
度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属
或单相奥氏体合金焊缝。
第五章 焊接裂纹 10
HAZ液化裂纹
晶
间
裂
纹
多边化裂纹
第五章 焊接裂纹 11
第五章 焊接裂纹 12
2）、再热裂纹 （消除应力处理裂纹）
由于 重新加热 （ 热处理 ） 过程中产生称再热
裂纹 — 消除应力处理裂纹 。
第五章 焊接裂纹 13
第五章 焊接裂纹 14
3）、冷裂纹
产生 温度, 温度区间在 +100℃ ～ -75℃ 之间
存在 部位,多在热影响区,但也有发生在焊缝 。
特征（断口）,宏观断口具有发亮的 金属光泽
的脆性断裂特征。
微观看,晶间断裂, 但也可 穿晶 （ 晶内 ） 断裂,
也可晶间和穿晶混合断裂 。
第五章 焊接裂纹 15
冷裂纹分类：
a,延迟裂纹, 特点不在焊后立即出现, 有
一段孕育期产生 迟滞 现象称延迟裂纹 。
b,淬硬脆化裂纹 （ 淬火裂纹 ）, 淬硬倾向
大的组织易产生这种裂纹 （ 与氢含量关
系不大 ） 。
c,低塑性脆化裂纹, 在比较低的温度下,
由于收缩应变超过了材料本身的塑性储
备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹 。
第五章 焊接裂纹 16
延迟裂纹
第五章 焊接裂纹 17
4）、层状撕裂,
由于 轧制母材 内部存
在有 分层的夹杂物 (特
别是硫化物夹杂物 ）
和焊接时产生的 垂直
轧制方向的应力, 使
热影响区附近地方产
生呈, 台阶, 状的层
状断裂并有穿晶发展
。
第五章 焊接裂纹 18
5）、应力腐蚀裂纹：
金属 材料 在某些特定
介质 和 拉应力 共同作
用下所产生的延迟破
裂现象，称应力腐蚀
裂纹。
第五章 焊接裂纹 19
三,热裂纹与冷裂纹的基本特点
裂纹 热裂纹 冷裂纹
产生温度 高温下产生 低温下产生
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向
分布,也有横向分布，
裂口均有氧化色彩表
面无光泽
断口具有发亮的金属光
泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属
于沿晶断裂性质
晶间断裂，也有穿晶内
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
产生部位 焊缝、热影响区 热影响区、焊缝
本节结束
第五章 焊接裂纹 20
§ 5-2 焊接热裂纹
一, 结晶裂纹
1,产生机理
1） 产生部位,结晶裂纹大部分都沿 焊缝树
枝状结晶的交界处发生 和发展的, 常见 沿焊
缝中心长度方向开裂即纵向裂纹, 有时焊缝
内部两个 树枝状晶体之间 。 对于低碳钢, 奥
氏体不锈钢, 铝合金, 结晶裂纹主要发生在
焊缝上某些高强钢, 含杂质较多的钢种, 除
发生在焊缝 之处, 还出现在近缝区上 。
第五章 焊接裂纹 21
结
晶
裂
纹
第五章 焊接裂纹 22
第五章 焊接裂纹 23
第五章 焊接裂纹 24
第五章 焊接裂纹 25
第五章 焊接裂纹 26
第五章 焊接裂纹 27
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物
被排挤在晶界，形成一种所谓的, 液态薄膜,,
在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂
，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因,①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜 — 根本原因
拉伸应力 — 必要条件
第五章 焊接裂纹 28
② 固液阶段,这一区
也称为, 脆性温度区,
即图上 a,b之间的温
度范围
③ 固相阶段,也叫
完全凝固阶段
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分
为以下三个阶段
① 液固阶段：（ 1区）
Tb— 称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属,Tb
小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属 Tb大，产生裂纹的倾向也大
第五章 焊接裂纹 29
第五章 焊接裂纹 30
3）产生结晶裂纹的条件
在 Ｔ Ｂ 焊缝的塑性用 P表示,
当在某一瞬时温度
时有一个最小的塑
性值 （ Pmin)
（ 出现液态薄膜时 ）
受拉伸应力所产生的变形
用 e表示, 也是温度的函数,
)(TP ??
第五章 焊接裂纹 31
在脆性温度区焊缝所承受的拉伸
应力所产生的变形大于焊缝金属所具
有的塑性时产生裂纹即
高温阶段晶间塑性变形能力不足以承
受当时所发生塑性应变量。
产生裂纹的条件
0?? se
第五章 焊接裂纹 32
② 脆性温度区（ TB）内金属的塑性,TB内金属
的塑性越小，越易产生结晶裂纹。
结论：
① 脆性温度区间大小,TB大, 拉应力作用时
间长, 产生裂纹可能性大, 决定于焊缝化学
成分, 杂质性质与分布, 晶粒大小 。
③ TB内随温度降低变形的增长率（拉伸应力
的增长率）,临应变率 CST越大,则表示材料的
热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。
第五章 焊接裂纹 33
2、焊接结晶裂纹的影响因素
1）, 冶金因素
①结晶温度区间,
合金状态图脆性温度
区的大小随着该合金
的整个结晶温度区间
的增加而增加
第五章 焊接裂纹 34
② 合金元素
a),S,P
i)S,P增加结晶温度区间,脆性温度区间 TB↑ 裂纹 ↑
ii)S,P产生低温共晶,使结晶过程中极易形成
液态薄膜,因而显著增大裂纹倾向
iii)P,S引起成分偏析,P,S偏析系数 K越
大,偏析的程度越严重,偏析可能在钢的局
部地方形成低熔点共晶产生裂纹。
第五章 焊接裂纹 35
b),C
i),C<0.1% C↑ 结晶温度区间 ↑,裂纹 ↑
ii),C>0.16% Mn/S↑ 无效,加剧 P有害作用
裂 ↑
iii),C>0.51% 初生相
初生相 S,P在小相中溶解度低，析出 S、
P集富在晶界上，裂纹 ↑
Mn具有脱 S作用 其中 Mn熔
点高, 早期结晶星球状分布, 抗裂 ↑
?? ?
M n SF e SMn [][][ ??
含碳量 C<0.016% S↑ 裂 ↑ 但加入 Mn↑ 裂 ↓
含碳量 C>0.016% P对形成结晶裂纹的作用超
过了 S,Mn↑ 无意义
c),Mn
注意：
第五章 焊接裂纹 36
d),Si
硅是 相形成元素，利于消除结晶裂
纹,相中 S,P溶解度大缘故，
Si>0.4% 易形成低熔点的硅酸盐夹杂使
裂 ↑
?
?
对硫的亲合力大，形成高熔点的硫
化物，消除结晶裂纹有良好的作用。
e),Ti,锆（ Zｒ ）和稀土元素
第五章 焊接裂纹 37
焊缝
成分
C S Ｐ Ｍ n Si Cr Ni
Ao 0.10 0.037 0.017 0.94 0.54 0.20 0.87
A１ 0.09 0.015 0.014 1.25 0.44 0.19 0.83
注,A１ 焊缝中加入轻稀土１％
焊缝成分分析
例如：强度为 600MPa焊条研究
第五章 焊接裂纹 38
图 2 焊缝冲击断口扫描形貌
焊缝冲击断口 SEM形貌
(a),(b),(c) 未加入稀土 (d),(e),(f) 加入 2%稀土
第五章 焊接裂纹 39
焊缝金属金相组织
a,未加入稀土 b,加入 2%稀土
第五章 焊接裂纹 40
f),O
O↑ 降低 S的有害作用，氧、硫、铁能形
成 Fe-FeS-FeO三元共晶，使 FeS由薄膜变成
球状，裂 ↓
日本 JWS临界应变增长率 CST
CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+
3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4
当 时，可以防止裂纹 4105.6 ???C S T
热裂敏感系数 HCS公式
? ? 310
3
)100/25/( ?
???
?????
VMoCrMn
NiSiPSCH C S
当 HCS<4时，可以防止裂纹
第五章 焊接裂纹 41
③ 凝固时界面张力
杂质的低熔点共晶所造成的 液态
薄膜 是产生结晶裂纹的重要因素
，若将晶界的液态薄膜改变为 球
状的形态，抗裂性 ↑
第五章 焊接裂纹 42
2c o s2
???
SLSS ?
SS?
SL?
?
— 固体晶粒与残液之间的表面张力
— 固体晶粒之间的表面张力
— 固相与液相的接触角
当 越小 越小
=0.5
=0 残液在固体晶粒以薄膜存在裂 ↑
=180° 残液以球状形态分布裂 ↓
SL? ?
?
?
SL? SS?/
固相晶粒之间和固液之间表面张力的
平衡关系为
第五章 焊接裂纹 43
④ 一次结晶组织形态及组织对结晶裂
纹的影响
晶粒大小：晶粒粗大裂纹的倾向 ↑
初生相,相裂 ↑ 裂 ↓
线膨胀系数小于,
相变应力 ↓ 裂 ↓
?
? ?
??
第五章 焊接裂纹 44
2)、力的因素
在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性
温度区内金属所承受的拉伸应力 。
产生结晶裂纹的充分条件 。 ?? ?
m
m?
?
0?
1?m?
— 在脆性温度区内金属的强度
— 在脆性温度内金属所承受的拉伸应力
金属的强度 决定于 — 晶内强度
— 晶间强度
第五章 焊接裂纹 45
T↑ ↓
T> 时, > 发生断裂晶间断裂
1? 0?
0T
0?1
?T→ =
— 称金属的等强温度
0T
0T 1
?
0?
若焊缝所受拉伸应力为 随温度变化始终
不超过, 则不会产生结晶裂纹 <
若焊缝的拉伸应力为, > 产生结晶裂纹
2? 0?
0?1?1?
2?
0?
↓
产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作
用，二者缺一不可
第五章 焊接裂纹 46
3、防止结晶裂纹的措施
1）, 冶金方面
① 控制焊缝中有害杂质的含量,
限制 S,P,C含量 S,P<0.03-0.04
焊丝 C<0.12% (低碳钢 )
焊接高合金钢, 焊丝超低碳焊丝
② 改善焊缝的一次结晶
细化晶粒, 加入 Mo,V,Ti,Nb,Zr,Al
第五章 焊接裂纹 47
2)、工艺方面（减少拉应力）
应变率,E ↑, ↑ 应变率 ↓
接头预热型式 适当增加线能量 （ q/v） 接头型
式合理
妥善安排焊接次序焊次序
t
e
?
?
0T t
e
?
?
第五章 焊接裂纹 48
四、近缝区液化裂纹
1,产生部位及材料
通常产生在母材的热影响区的粗晶区, 也
可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹属
于晶间开裂性质, 裂纹断口呈典型的晶间
开裂特征 。
2,产生原因
1）, 近缝区晶界处存在低熔点杂质
2）, 近缝区存在晶间液膜 (低熔点共晶体 )
第五章 焊接裂纹 49
液化裂纹
第五章 焊接裂纹 50
3、影响因素
1）, 化学成分
2）、工艺因素
4、防止措施
1）, 控制 S,P等杂质含量
如采用电渣精炼的方法, 去除合金中的杂质 。
2）, 焊接工艺上, 采用小线能量, 避免近缝
区晶粒粗化
第五章 焊接裂纹 51
五、多边化裂纹
1、形成条件（形成机理）
多边化现象, 焊缝金属中存在很多高密
度的位错在高温和应力的共同作用下,
位错极易运动, 在不同平面上运动的刃
型位错遇到障碍时可能发生攀移, 由原
来的水平组合变成后来的垂直组合, 即
形成, 位错壁, 就是多边化现象 。
第五章 焊接裂纹 52
2、特点
1）, 发生部位与材料
发生在焊缝中, 常见于单相奥氏钢或纯金属的
焊缝金属
裂纹走向：以任意方向贯穿树枝状结晶
2）, 常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近,
多边化裂纹总是迟于再结晶
3）, 裂纹多发生在重复受热金属中 （ 多层焊 ）
4）, 断口呈现出高温低塑性断裂
第五章 焊接裂纹 53
3、影响因素
形成多边化过程所需时间：
t－完成多边化过程所需时间
－常数
u－多边化过程的激活能, 决定于合金
成分和应力状态
R－气体常数 （ 8.4J/mol﹒ k）
T－温度 （ K）
从公式中可以看出，完成多边化过程所
需时间与 H,T有关
kT
v
ett 0?
0t
第五章 焊接裂纹 54
1）合金成分的影响
在焊缝中加入一些提高多边化过程激活
能的元素，可有效阻止多边化过程
2）应力状态的影响
有应力存在，使多边化过程加速
3）温度的影响
在形成多边化过程的温度越高时间越短
本节结束
第五章 焊接裂纹 55
§ 5-3 焊接冷裂纹
1.产生温度,Ms点附近或 200～ 300℃ 以下温度
区间
2.产生的钢种和部位,发生在高碳钢, 中碳钢
,低合金, 中合金高强钢, 热影响区合金
元素多的超高强钢, Ti合金发生在焊缝
3.裂纹的走向,沿晶, 穿晶
4.产生时间,可焊后立即出现, 也有的几小
时, 几天或更长时间
一、冷裂纹的一般特征
第五章 焊接裂纹 56
二、冷裂纹种类
延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它
不是焊后出现，因此危害性更大
延迟裂纹三种形态,
1）、焊趾裂纹 — 缝边裂纹
2）、焊道下裂纹
3）、根部裂纹
第五章 焊接裂纹 57
三、延迟裂纹的机理
高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主
要是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的
含氢量及其分布, 焊接接头的拘束应
力 。 延迟裂纹的开裂过程存在这两个
不同的过程, 即裂纹的起源和裂纹的
扩展, 扩展到一定情况下, 发生断裂
,我们只从宏观的角度阐述一下产生
延迟裂纹的三要素 。
第五章 焊接裂纹 58
F+P A
M A裂
第五章 焊接裂纹 59
第五章 焊接裂纹 60
1、钢种的淬硬倾向
焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种
的化学成分，其次是焊接工艺，结构板
厚及冷却条件。钢种淬硬倾向越大，越
容易产生裂纹，其原因为,
1）、形成脆硬的马氏体
2）、淬硬产生晶格的缺陷
第五章 焊接裂纹 61
2、氢的作用
氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的
重要因素之一,氢具有延迟作用,由氢引
起的延迟裂纹称为氢致裂纹也称氢诱发
裂纹,氢致裂纹 Hydrogoundacpd Crack
1）、氢在焊缝 金属 中的溶解与扩散
2）、金属组织对氢的扩散影响
3）、热影响区氢致裂纹产生 氢在致裂过程中
动态行为
4）、氢致裂纹开裂机理
第五章 焊接裂纹 62
残余扩散氢 HR100
]
4
e x p [8HR 1 0 0
2
0
wh
MH ?
?
??
H0------凝固时焊缝的初始含氢量（ml/100g)
hw-----焊缝的平均厚度（ mm）
M-----氢的热扩散因子（ mm2）
? ??????? )(10)1373.22.4(100)( 25150200 cmtDM tt日本
天津大学
)(10)47.14551.3298.2543.27.183( 23300150250200 mmM tttt ???????
第五章 焊接裂纹 63
氢致裂纹目前有几种说法
① 氢的应力扩散理论
②空穴氢压脆化说
③氢吸附脆化说
第五章 焊接裂纹 64
裂缝顶端
三向应力区
H
扩散氢
裂纹扩展 H2
H
新的三向应力区
氢致裂纹扩展过程
第五章 焊接裂纹 65
第五章 焊接裂纹 66
3、焊接接头的拘束应力
1）, 焊接接头的拘束应力
a,热应力与母材焊条金属的热物理性质及
刚度有关
b,组织应力 — 相变, 组织比容不同而产生
c,附加应力 — 结构自身拘束条件所造成的
应力包括结构的形式, 焊缝位置, 施焊的
顺序
第五章 焊接裂纹 67
定义：相当于为使焊接接头根部间隙弹性位
移单位长度时，单位长度焊缝所受的力的大
小。即定义为拘束度。符号,R
2）、拘束度,表示母材对反作用力的刚度
第五章 焊接裂纹 68
公式：
E— 母材金属的弹性模量
— 板厚
l— 焊缝长度
L— 拘束距离
L
E
LL
L
l
F
l
FR
bb
??
???
?
?? ????
1
?
? ?
c
H tgToTmm ?? ??
mR??
m为拘束应力转换系数
第五章 焊接裂纹 69
3）、产生裂纹的临界拘束应力
临界拘束应力：开始产生裂纹时的拘束应力
日本 IL委员会插销式裂纹试验所确定的
=(86.3-211Pcm-28.21log[[H]+1]+2.73+800-
500+9.7× )× 9.8
— 称为合金元素的裂纹敏感系数 （ %）
[H] — 扩散氢含量 100mol/g
t800～ 500— 在接条件下, 熔合区附近 1350℃ 冷却到
800～ 500℃ 的冷却时 （ S）
t100— 从熔合区附近 1350℃ ～ 100℃ 实际冷却时间
cr?
cr?
cmP
100310 t?
BVMoNirCCuMoSiCP CM 51015602020 ?????????
第五章 焊接裂纹 70
60060
][ ???? HPP
CMC
21 0 0 05 0 0 mmNb ???
CP N
P
4000060
][ RHPP
CMW ???
BVMoNirCCuMoSiCP CM 51015602020 ?????????
— 合金元素的裂纹敏感指数（反映了淬硬倾向）
四、影响因素及防止措施
1),钢种化学成分的影响
1、影响因素
冷裂纹判据 应用于
,— 裂纹敏感指数
上述公式是经验式,有一定的使用范围适用范围可参考
CMP
第五章 焊接裂纹 71
对接接头 <50mm拘束度与板厚的关系
R≦ K1 R=K1 长焊缝 K1=400定位短焊缝 K1=700
K1板厚拘束系数
点固焊的短焊缝和斜 Y型坡口裂纹试验
K1=70 R≦ 70
低合金高强钢冷裂纹敏感性判据条件
当 >500℃ R=71K1[arctg(0.017 )－ ( /400)2
不产生裂纹,R> 产生裂纹
— 不产生裂纹的临界拘束度 （ 通过实验方
法测 ）
R可通过计算或实测求得 只适用单向拉伸
? ?
?
?
???
RRcr ?
crR
crR
2）、拘束应力的影响
第五章 焊接裂纹 72
对于三维 弹塑性有限元计算
修正系数
RR
??
?
?
?`
1
1
22
/2/2s i n h
/s i n h
/
/s i n81
?
?
? ??
?
?
?
??
?
?
?
??
?
?
?
???
??? ?
m w
w
BmBm
Bm
hm
hm
m ????
??
??
??
?
?
--拉板厚度（ mm）
Sinh---双曲线正弦函数
hw----试验焊缝厚度（ mm）
B----试板宽度，即拘束距离（ mm）
?
第五章 焊接裂纹 73
3)、氢的有害影响
4)、工艺影响
① 线能量
②预热温度
③ 焊后后热
④多层焊
第五章 焊接裂纹 74
综合上述各影响因素, 提出了预测高强钢焊
接接头延迟裂纹倾向的判据公式 。
产生裂纹
— 在一定焊接条件下, 第一层焊缝焊后冷却到
100℃ 刚刚不出现裂纹的时间 — 临界冷却时间,
— 实际焊接条件下, 熔合区附近 1350～ 100℃ 的冷
却时间
A.n— 实验常数
— 裂纹敏感系数
若 越高, 则 越大, 越易产生裂纹
crt
1 0 0ttcr ?
crt
100t
HMP
NP
nHMcr PAt )28.0( ??
第五章 焊接裂纹 75
2、防止措施
1）、冶金措施
①（低碳微量多合金）
② [H]↓ 选用低氢焊接材料，低氢焊接方法
如 CO2焊
③控制氢的来源，烘干焊条消理焊件焊丝
④加入某些合金元素，提高塑性
⑤采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾
向较大的低合金高强钢，避免冷裂纹
第五章 焊接裂纹 76
2）、工艺措施
① 选择合适的焊接线能量 q↑, V冷 ↓, t100↑
减少裂 但有晶粒粗大现象
②预热 冷却速度 ↓ [H]外逸
③后热 [H]↓ 消氢处理 350℃ 保温 1— 2小时，
使氢外逸
??
对于需要较高预热温度的中碳钢，高碳钢及中
碳调质高强钢，如果由于形状复杂或需要在结
构内部施焊等因素要避免高温预热时，采用后
热并配合低温的预热特别见效。
第五章 焊接裂纹 77
3）、拘束应力
① 防止焊缝分布密集，消除应力集中部
位如缺口，坡口形状对称
②适当的预热、后热、缓冷
本节结束
第五章 焊接裂纹 78
§ 5-4 再热裂纹
定义, 焊后再加热,消除应力退火,高温工作时
500— 600℃ 过程中产生裂纹称再热裂纹 。
一、再热裂纹的特征
1,热裂纹产生部位：
近缝区的粗晶区, 止裂于细晶区, 沿晶间开
裂, 裂纹大部分晶间断裂, 沿熔合线方向在
奥氏体粗晶粒边界发展
第五章 焊接裂纹 79
再热裂纹
第五章 焊接裂纹 80
2,敏感的温度范围,一般在 500～ 700℃ 低
于 500或高于 700℃,再加热不易出现再热裂
纹
3、有大量的内应力存在，及应集中,在大
拘束度的厚件或应力集中部位易产生再热
裂纹
4、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中,
晶界滑动 → 微裂 → 扩展 → 裂纹
第五章 焊接裂纹 81
二、产生机理
1、一般条件 e > ec 产生裂纹
e— 产生裂纹的晶界微观局部的实际塑
性变形量
ec：产生裂纹的晶界微观局部的最大
塑性形变能力
e实际塑性应变：接头的残余应力经再
加热产生应力松驰而引起，与接头的拘
束度残余应力，应力集中有关。
第五章 焊接裂纹 82
2、再热裂纹产生机理
1）, 晶界杂质析集弱化说
① 晶界析集 P,S、
② 硼化物沿晶析集
如果产生再热裂纹的塑性变形量为 ec,可
以下式表示,
?
?
??
?
??? ?
ccRTLe EEc //)1( ???
第五章 焊接裂纹 83
2）、二次沉淀理论晶内沉淀强化
① 具有沉淀强化的元素
② 焊接高温时过 a热区合金元素全部溶入
A中, A长大,
③ 焊后冷却速度快, 合金元素以过饱和
形式溶入在 F中, 渗碳体, 一般出现在
位错, 空位, 缺陷等处 。
enrbri FMCMWVNZT,、、、、、、,0
④ 焊后再加热时（ 500--700℃ ）
第五章 焊接裂纹 84
3）、高温蠕变理论
蠕变定义,金属在长时间的恒温, 恒应力
作用下, 即使应力小于屈服强度, 也会缓
慢地产生塑性变形的现象称为蠕变 。
特征：
①材料内的应力小于材料的屈服应力
②与温度有关 T蠕变速度
③温度升高持久强度下降
④高温下，晶界强度低于晶内强度
第五章 焊接裂纹 85
1.楔形开裂
d
rEc bPs
2
})(2{3 ???? ???
d
E bPs
p ??
????
)1(
})(2{2
2
`
?
???
应力
临界应力：
2.空位聚集而产生的“空位开裂”
2
33
27
256
A
W ???
最小能量
第五章 焊接裂纹 86
低合金钢产生再热裂纹临界应力关系式
VMoCrCC
C
SR
SRcr
115.032
8.9)7.425.47.20(
????
?????
cr? 产生再热裂纹临界应力 (N/mm
2)
如结构实际拘束应力为 时，则
不裂
开裂
cr
cr
??
??
?
?
?
第五章 焊接裂纹 87
第五章 焊接裂纹 88
三,影响因素
1,化学成分对再热裂纹的影响
2．晶粒度对再热裂纹的影响
3．焊接接头不同部位和不同组织
对再热裂纹的影响
(一 ),冶金因素
第五章 焊接裂纹 89
(二 ) 工艺措施
1,预热及后热
预热裂 200～ 450℃, 后热可降低预热温
度
2,线能量的作用
E适当增加, 减少过热区硬度, 裂纹减小
3,低强焊缝应用
减少近缝区塑变的集中程度, 有利于降低
再热裂纹产生倾向
4,降低残余应力和避免应力集中
本节结束
第五章 焊接裂纹 90
§ 5-5 层状撕裂
1,产生的部位和形状
宏观形状, 在外观上具有阶梯状的形式
,由基本上平行于轧制方向表面的平台
与大体上垂直于平台的剪切壁所组成 。
微观形状,扫描电镜观察低倍下：断口
表面呈典型的木纹状，是层层平台在不
同高度分布的结果
部位,母材或热影响区
一、特征及危害性
第五章 焊接裂纹 91
2、产生在厚板结构中
十字接头,丁字接头,角接头，平台局部地
区有硅酸盐或氧化物夹杂物
第五章 焊接裂纹 92
种类
依产生部位分,
第一类 是在焊接热影响区焊趾或焊根
冷裂纹诱发而形成层状措裂；
第二类 热影响区沿夹杂开裂；
第三类 远离热影响区母材中沿夹杂开裂
MnS片状夹杂较多。
第五章 焊接裂纹 93
二、形成机理及影响因素
(一 ),层状撕裂的形成过程
1、厚板结构中焊接时刚性拘束条件下，产
生较大的 Z向应力和应变，当应变达到超过
材料的形变能力之后，夹杂物与金属基体之
间弱结合面发生脱离，形成显微裂纹，裂纹
尖端的缺口效应造成应力、应变的集中，迫
使裂纹沿自身所处的平面扩展，把同一平面
而相邻的一群夹杂物连成一平，形成所谓的
,平面, 。
第五章 焊接裂纹 94
2、与此同时相邻近的两个平台之间的裂纹
尖端处，在应力应变影响下在剪切应力作
用下发生剪切断裂，形成, 剪切壁,,这
些平台和剪切壁在一起，构成层状撕裂所
持有的阶梯形状 。
第五章 焊接裂纹 95
(二 )、影响因素
1,非金属夹杂物的种类
2、焊接 Z向应力
3,母材性能
① 热影响区产生淬硬组织, 塑性下降 ;
② 加热 150～ 350℃ 出现应变时效, 塑性,
韧性下降
4,氢的作用 氢集聚发生在夹杂物和基体
界面上的氢脆引起层状撕裂
第五章 焊接裂纹 96
四、防止措施
(一 )选择母材
1 精炼钢 2、控制夹杂物
冶炼降低杂质，脱 S加 Ti,Zr或稀土元
素，促使夹杂物破碎、球化 (成本高 )
(二 )设计和工艺措施
1,改变接头形式、降低焊接应力
2,应尽量避免单侧焊缝等 ;
3,应尽量避免承载焊缝
4,预热及后热
5,加软焊道
第五章 焊接裂纹 97
接头形式在受力最小时即可防止层状撕裂
，通过开坡口来减轻钢板 Z向受承受的应力
和应变。
本节结束
第五章 焊接裂纹 98
§ 5-6 应力腐蚀撕裂 (SCC)
应力腐蚀裂纹,金属材料在某些特定介
质和拉应力共同作用下所产生的延迟破
裂现象称应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀裂纹已成为工业中特点是石
油工业中最突出的问题，日本 1965～
1975十年间化工设备破坏事故统计有
50%属于应力腐蚀开裂，应力腐蚀裂纹
造成危害极大。
第五章 焊接裂纹 99
一、应力腐蚀裂纹特征
1,形貌：
外观：无明显的均匀腐蚀痕迹, 呈龟裂形式断断
续续 。
从横断面来看：犹如枯干的树木的根须, 由表面
向纵深方向往里发展, 裂口深宽比大, 细长而
带有分支是其典型的特点 。
从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口
第五章 焊接裂纹 100
应力腐蚀裂纹
第五章 焊接裂纹 101
2、材质与介质的匹配
纯金属不产生应力腐蚀裂纹，凡是合金即
使含有微量元素的合金，在特定的腐蚀环
境中都有一定的应力腐蚀开裂倾向。但并
不是说，任何合金在任何介质中都产生应
力腐蚀开裂，一定的材料只在某一定的腐
蚀环境中才产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀开裂温度,易产生在 100～ 300℃ 之间
第五章 焊接裂纹 102
3、应力腐蚀开裂的临界应力
拉应力的存在是产生应力腐蚀开裂的
先决条件之一，造成应力腐蚀开裂的
应力主要是残余应力。
临界应力
— 引起应力腐蚀裂纹开裂的临界
应力，与腐蚀介质，金属材料的强度级
别有关。
th?
sth ?? ?
第五章 焊接裂纹 103
二、应力腐蚀裂纹的形成条件 形
成机理
（ 一 ）, 电化学应力裂机理
从电化学考虑, 把应力腐蚀裂纹分为两大类
一类为应力阳极溶解开裂 简记 APC
另一类应力阴极氢脆开裂 简记 HEC
形成三要素：
1） 材质 2) 腐蚀介质 3) 临界拉应力
第五章 焊接裂纹 104
HEC和 APC应力腐蚀过程
第五章 焊接裂纹 105
（二）、机械破裂应力腐蚀开裂机理
1）, 孕育期 应力作用下将产生不同
程度的塑性变形, 这种塑性变形将会产
生, 滑移台阶,, 形成局部性的最初腐
蚀裂口, 造成拉应力集中, 局部产生滑
移阶梯, 导致保护膜破坏 。
第五章 焊接裂纹 106
第五章 焊接裂纹 107
第五章 焊接裂纹 108
2）、发展阶段
腐蚀裂口在拉应力与介质的共同作用下 （ 物
理作用及化学作用 ） 沿着垂直拉应方向纵深发
展, 呈枯干树枝或根须, 且逐步出现分支, 若
应力因素占优势, 将是某一裂口优先发展, 腐
蚀因素占优势则可能同时几条裂口平行地发展
3）, 溃裂阶段
发展的最快的裂纹的最终崩溃性的发展，是拉
应力局部越来越大的累积结果，最终破坏是力
的因素起主要作用 。
第五章 焊接裂纹 109
裂纹扩展的几种说法
1,阳极相的沉淀
2,腐蚀介质的吸附
3,阴极氢化反应
4,机械化学效应
5,隧洞腐蚀
第五章 焊接裂纹 110
三、应力腐蚀的预防措施
（ 一 ）, 结构设计
1,合理选材母材
选材必须有足够的实验数据, 不能只
看材料牌号, 不能单纯考虑强度级别
,因同一强度等级, 合金系统不同,
抗应力腐蚀开裂的倾向很大 。
2,避免高应力区
第五章 焊接裂纹 111
（二）、施工制造
1,合理选择焊材
了解产品结构的的工作条件，熟悉介质
的腐蚀特性，及合金元素的特性，则
确定焊缝成分从而确定焊接材料。因
此必须根据具体腐蚀介质，调整焊缝
的合金系统，以便提高耐应力腐蚀开
裂的能力 。
第五章 焊接裂纹 112
1,合理制定装焊工艺
1）、成形及装配工艺
引起应力腐蚀裂纹的重要原因之一就是残余
应力，从部件成形加工列组装都可引起残余
应，特别是强制组装，例如用千斤组装大错
口，可以形成很大的残余应力，在组装质量
不良的条件下（错口）焊接时，会造成较大
的残余应力。组装时所造成伤痕如随意打弧
的灼痕等都会成应力腐蚀裂源 。
第五章 焊接裂纹 113
2)、焊接工艺
基本点, 不产生硬化组织, 不发生晶粒
严重粗化现象,接头硬度 ↑
粗晶区的应力腐蚀裂纹的扩展敏感性最
大, 主要是由于晶粒粗大, 以致裂纹尖
端集中的位错数量增大, 并可形成大的
滑移阶梯, 从而利于应力腐蚀裂纹的形
成和扩展 。
第五章 焊接裂纹 114
消除应力处理
焊后消除应力处理是防止产生应力腐蚀
裂纹的重要环节 。
例氢化脱硫装置的硫化物应力腐蚀开裂
试验, 钢种弯曲成形加工后的热处理温度
温度 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 650℃ 850℃
1Cr18Ni8 x x x x x o o o
1Cr18Ni9Ti X x o o o o o o
其中 x裂纹,o无裂纹
第五章 焊接裂纹 115
1.整体消除应力处理
消除应力的程度可用下式估算
P=T（ lgt+20)*10-3
P— 消除应力效果参数
T— 热力学温度
t — 保温时间
2.局部消除应力处理
?RB 5?
R----管子半径
---板厚?
加热宽度
第五章 焊接裂纹 116
（三）、生产管理
1,防蚀处理
介质隔离, 涂层, 衬里
介质处理, 加缓蚀剂等
电化防蚀, 阴极化或阳极化, 表面技术
处理
2,定时检查及分析
定期检查、及时补修
本节结束
第五章 焊接裂纹 117
§ 5-7 焊接裂纹综合分析
和判断
一、宏观分析及判断
（一）被焊材质和焊接材料的化
学成分
（二）根据施工中的焊接工艺
（三）产品结构的运行工况条件
第五章 焊接裂纹 118
二、微观分析及判断
1、热裂纹
2、冷裂纹
3、再热裂纹
4、层状撕裂
5、应力腐蚀裂纹
图形详见前几节
第五章 焊接裂纹 119
三、断口分析及判断
断裂形式
穿晶断裂
沿晶断裂
韧性断裂
韧窝断裂
滑移断裂
脆性断裂
疲劳断裂 — 疲劳纹
解理断裂
准解理断裂
塑性断裂
脆性断裂
疲劳断裂 — 疲劳花纹
等轴韧窝
剪切韧窝
撕裂韧窝
蛇形滑移
波形滑移
平直滑移
第五章 焊接裂纹 120
(一 )焊接裂纹的断裂形式
及断口形态
2、解理断裂
3、准解理数裂
4、沿晶断裂
1、韧窝断裂
等轴韧窝
撕裂韧窝
剪切韧窝
第五章 焊接裂纹 121
第五章 焊接裂纹 122
第五章 焊接裂纹 123
(二 )热裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 124
(三 )冷裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 125
(四 )再热裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 126
(五 )层状撕裂断口形貌
第五章 焊接裂纹 127
(六 )应力腐蚀裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 128
本章小结
本章重点介绍了各种焊接裂纹的
分类、形成机理，特征、影响因
素，及其防冶措施，对于焊接裂
纹进行综合分析及判断，以及对
于各种裂纹的断口形貌特征进行
简单介绍。
第五章 焊接裂纹 129
思考题
1,简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的
原因。
2,分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹
的影响。
3,什么是脆性温度区间？在脆性温度区间
内为什么金属的塑性很低？
4,综合分析脆性温度区及在该区内金属的
塑性和变形增长率之间的影响因素。
5.液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区
别？在防止措施上的何不同？
第五章 焊接裂纹 130
6,试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。
7,试述氢在产生冷裂纹过程中的作用，研
究残余扩散氢 HR100 和氢扩散因子 M有何重
要意义？
8,何谓拘束度？临界拘束度？它与拘束力
和临界拘束应力有何关系？
9,拘束度和拘束应力与钢材的板厚、焊接
工艺参数有何关系？它们各自有哪 些影响
因素？
10,一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟
现象？为什么容易在焊接 HAZ产生？
第五章 焊接裂纹 131
11,后热对防止冷裂纹有何作用？它能否全
部代替预热？
12,分析近缝区的马氏体转变对产生冷裂纹
的影响。
13,为什么说临界冷却时间 tcr为依据，是反
映产生冷裂纹各种因素的综合影响？
14,简述再热裂纹的主要特征和产生机理。
15,试述产生层状撕裂纹的原因，如何判断
钢材产生层状撕裂的敏感性？
16,试述产生应力腐蚀的机理，并说明 APC
和 HEC的形成过程。
第五章 焊接裂纹 132
本章结束
谢谢观看
第五 章
焊接裂纹
第五章 焊接裂纹 2
第一节 概述
第二节 焊接热裂纹
第三节 焊接冷裂纹
第四节 再热裂纹
第五节 层状撕裂
第六节 应力腐蚀裂纹
第七节 焊接裂纹综合分析和判断
第五章 焊接裂纹
第五章 焊接裂纹 3
重点内容
1、裂纹的分类用一般特征
2、结晶裂纹的形成机理、影响因素，及其防
冶措施
3、焊接冷裂纹的形成机理，
4、应力腐蚀裂纹形成机理
５、层状撕裂产生原因及防止、
６焊接裂纹综合分析及判断，各种裂纹断口形
貌特征。
第五章 焊接裂纹 4
§ 5-1 概述
一, 危害性
焊接结构产生裂纹轻者需要 返修, 浪
费人力, 物力, 时间, 重者造成焊接结构
报废, 无法修补 。 更严重者造成事故, 人
身伤亡 。 如 1969年有一艘 5万吨的矿石运输
船在太平洋上航行时, 断裂成两段而沉没
,在压力容器破坏事故中, 有很多都是由
于焊接裂纹造成 。 因此, 解决研究焊接裂
纹已成为当前主要课题 。
第五章 焊接裂纹 5
二、种类
各种不同类型的裂纹
①焊缝中纵向裂纹 ②焊缝上横向裂纹
③热影响区纵向裂纹 ④热影响区横向裂纹
⑤火口（弧坑）裂纹 ⑥焊道下裂纹
⑦焊缝内部晶间裂纹 ⑧焊趾裂纹
⑨热影响区焊缝贯穿裂纹⑩焊缝根部裂纹
第五章 焊接裂纹 6
第五章 焊接裂纹 7
分类,
1,按裂纹分布的走向分
纵向裂纹2,按裂纹发生部位分
① 横向裂纹 ②纵向裂纹
③星形（弧形裂纹）
① 焊缝金属中裂纹
②热影响区中裂纹
③焊缝热影响区贯穿裂纹
第五章 焊接裂纹 8
3,按产生本质分类
1）,热裂纹 （高温裂纹）
产生,热裂纹 (高温裂纹 )高温 下产生
存在部位, 焊缝 为主,热影响区
特征,宏观看,沿焊缝的轴向成纵向 分
布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹
，裂口均有较明显的 氧化色彩,表面无
光泽，微观看，沿晶粒边界（包括亚晶
界）分布，属于 沿晶 断裂性质
第五章 焊接裂纹 9
1)、热裂纹分类
a,结晶裂纹,在凝固的过程 --结晶过程 中产生
b,高温液化裂纹, 在 高温 下产生,钢材或多层焊
的层间金属含有低熔点化合物经 重新溶化,
在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂
c,多边化裂纹, 产生 温度低于固相线温度,存在
晶格缺陷 (位错和空位 ),物理化学的不均匀性,
在应力作用下,缺陷聚集形成 多边化边界,使强
度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属
或单相奥氏体合金焊缝。
第五章 焊接裂纹 10
HAZ液化裂纹
晶
间
裂
纹
多边化裂纹
第五章 焊接裂纹 11
第五章 焊接裂纹 12
2）、再热裂纹 （消除应力处理裂纹）
由于 重新加热 （ 热处理 ） 过程中产生称再热
裂纹 — 消除应力处理裂纹 。
第五章 焊接裂纹 13
第五章 焊接裂纹 14
3）、冷裂纹
产生 温度, 温度区间在 +100℃ ～ -75℃ 之间
存在 部位,多在热影响区,但也有发生在焊缝 。
特征（断口）,宏观断口具有发亮的 金属光泽
的脆性断裂特征。
微观看,晶间断裂, 但也可 穿晶 （ 晶内 ） 断裂,
也可晶间和穿晶混合断裂 。
第五章 焊接裂纹 15
冷裂纹分类：
a,延迟裂纹, 特点不在焊后立即出现, 有
一段孕育期产生 迟滞 现象称延迟裂纹 。
b,淬硬脆化裂纹 （ 淬火裂纹 ）, 淬硬倾向
大的组织易产生这种裂纹 （ 与氢含量关
系不大 ） 。
c,低塑性脆化裂纹, 在比较低的温度下,
由于收缩应变超过了材料本身的塑性储
备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹 。
第五章 焊接裂纹 16
延迟裂纹
第五章 焊接裂纹 17
4）、层状撕裂,
由于 轧制母材 内部存
在有 分层的夹杂物 (特
别是硫化物夹杂物 ）
和焊接时产生的 垂直
轧制方向的应力, 使
热影响区附近地方产
生呈, 台阶, 状的层
状断裂并有穿晶发展
。
第五章 焊接裂纹 18
5）、应力腐蚀裂纹：
金属 材料 在某些特定
介质 和 拉应力 共同作
用下所产生的延迟破
裂现象，称应力腐蚀
裂纹。
第五章 焊接裂纹 19
三,热裂纹与冷裂纹的基本特点
裂纹 热裂纹 冷裂纹
产生温度 高温下产生 低温下产生
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向
分布,也有横向分布，
裂口均有氧化色彩表
面无光泽
断口具有发亮的金属光
泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属
于沿晶断裂性质
晶间断裂，也有穿晶内
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
产生部位 焊缝、热影响区 热影响区、焊缝
本节结束
第五章 焊接裂纹 20
§ 5-2 焊接热裂纹
一, 结晶裂纹
1,产生机理
1） 产生部位,结晶裂纹大部分都沿 焊缝树
枝状结晶的交界处发生 和发展的, 常见 沿焊
缝中心长度方向开裂即纵向裂纹, 有时焊缝
内部两个 树枝状晶体之间 。 对于低碳钢, 奥
氏体不锈钢, 铝合金, 结晶裂纹主要发生在
焊缝上某些高强钢, 含杂质较多的钢种, 除
发生在焊缝 之处, 还出现在近缝区上 。
第五章 焊接裂纹 21
结
晶
裂
纹
第五章 焊接裂纹 22
第五章 焊接裂纹 23
第五章 焊接裂纹 24
第五章 焊接裂纹 25
第五章 焊接裂纹 26
第五章 焊接裂纹 27
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物
被排挤在晶界，形成一种所谓的, 液态薄膜,,
在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂
，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因,①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜 — 根本原因
拉伸应力 — 必要条件
第五章 焊接裂纹 28
② 固液阶段,这一区
也称为, 脆性温度区,
即图上 a,b之间的温
度范围
③ 固相阶段,也叫
完全凝固阶段
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分
为以下三个阶段
① 液固阶段：（ 1区）
Tb— 称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属,Tb
小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属 Tb大，产生裂纹的倾向也大
第五章 焊接裂纹 29
第五章 焊接裂纹 30
3）产生结晶裂纹的条件
在 Ｔ Ｂ 焊缝的塑性用 P表示,
当在某一瞬时温度
时有一个最小的塑
性值 （ Pmin)
（ 出现液态薄膜时 ）
受拉伸应力所产生的变形
用 e表示, 也是温度的函数,
)(TP ??
第五章 焊接裂纹 31
在脆性温度区焊缝所承受的拉伸
应力所产生的变形大于焊缝金属所具
有的塑性时产生裂纹即
高温阶段晶间塑性变形能力不足以承
受当时所发生塑性应变量。
产生裂纹的条件
0?? se
第五章 焊接裂纹 32
② 脆性温度区（ TB）内金属的塑性,TB内金属
的塑性越小，越易产生结晶裂纹。
结论：
① 脆性温度区间大小,TB大, 拉应力作用时
间长, 产生裂纹可能性大, 决定于焊缝化学
成分, 杂质性质与分布, 晶粒大小 。
③ TB内随温度降低变形的增长率（拉伸应力
的增长率）,临应变率 CST越大,则表示材料的
热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。
第五章 焊接裂纹 33
2、焊接结晶裂纹的影响因素
1）, 冶金因素
①结晶温度区间,
合金状态图脆性温度
区的大小随着该合金
的整个结晶温度区间
的增加而增加
第五章 焊接裂纹 34
② 合金元素
a),S,P
i)S,P增加结晶温度区间,脆性温度区间 TB↑ 裂纹 ↑
ii)S,P产生低温共晶,使结晶过程中极易形成
液态薄膜,因而显著增大裂纹倾向
iii)P,S引起成分偏析,P,S偏析系数 K越
大,偏析的程度越严重,偏析可能在钢的局
部地方形成低熔点共晶产生裂纹。
第五章 焊接裂纹 35
b),C
i),C<0.1% C↑ 结晶温度区间 ↑,裂纹 ↑
ii),C>0.16% Mn/S↑ 无效,加剧 P有害作用
裂 ↑
iii),C>0.51% 初生相
初生相 S,P在小相中溶解度低，析出 S、
P集富在晶界上，裂纹 ↑
Mn具有脱 S作用 其中 Mn熔
点高, 早期结晶星球状分布, 抗裂 ↑
?? ?
M n SF e SMn [][][ ??
含碳量 C<0.016% S↑ 裂 ↑ 但加入 Mn↑ 裂 ↓
含碳量 C>0.016% P对形成结晶裂纹的作用超
过了 S,Mn↑ 无意义
c),Mn
注意：
第五章 焊接裂纹 36
d),Si
硅是 相形成元素，利于消除结晶裂
纹,相中 S,P溶解度大缘故，
Si>0.4% 易形成低熔点的硅酸盐夹杂使
裂 ↑
?
?
对硫的亲合力大，形成高熔点的硫
化物，消除结晶裂纹有良好的作用。
e),Ti,锆（ Zｒ ）和稀土元素
第五章 焊接裂纹 37
焊缝
成分
C S Ｐ Ｍ n Si Cr Ni
Ao 0.10 0.037 0.017 0.94 0.54 0.20 0.87
A１ 0.09 0.015 0.014 1.25 0.44 0.19 0.83
注,A１ 焊缝中加入轻稀土１％
焊缝成分分析
例如：强度为 600MPa焊条研究
第五章 焊接裂纹 38
图 2 焊缝冲击断口扫描形貌
焊缝冲击断口 SEM形貌
(a),(b),(c) 未加入稀土 (d),(e),(f) 加入 2%稀土
第五章 焊接裂纹 39
焊缝金属金相组织
a,未加入稀土 b,加入 2%稀土
第五章 焊接裂纹 40
f),O
O↑ 降低 S的有害作用，氧、硫、铁能形
成 Fe-FeS-FeO三元共晶，使 FeS由薄膜变成
球状，裂 ↓
日本 JWS临界应变增长率 CST
CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+
3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4
当 时，可以防止裂纹 4105.6 ???C S T
热裂敏感系数 HCS公式
? ? 310
3
)100/25/( ?
???
?????
VMoCrMn
NiSiPSCH C S
当 HCS<4时，可以防止裂纹
第五章 焊接裂纹 41
③ 凝固时界面张力
杂质的低熔点共晶所造成的 液态
薄膜 是产生结晶裂纹的重要因素
，若将晶界的液态薄膜改变为 球
状的形态，抗裂性 ↑
第五章 焊接裂纹 42
2c o s2
???
SLSS ?
SS?
SL?
?
— 固体晶粒与残液之间的表面张力
— 固体晶粒之间的表面张力
— 固相与液相的接触角
当 越小 越小
=0.5
=0 残液在固体晶粒以薄膜存在裂 ↑
=180° 残液以球状形态分布裂 ↓
SL? ?
?
?
SL? SS?/
固相晶粒之间和固液之间表面张力的
平衡关系为
第五章 焊接裂纹 43
④ 一次结晶组织形态及组织对结晶裂
纹的影响
晶粒大小：晶粒粗大裂纹的倾向 ↑
初生相,相裂 ↑ 裂 ↓
线膨胀系数小于,
相变应力 ↓ 裂 ↓
?
? ?
??
第五章 焊接裂纹 44
2)、力的因素
在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性
温度区内金属所承受的拉伸应力 。
产生结晶裂纹的充分条件 。 ?? ?
m
m?
?
0?
1?m?
— 在脆性温度区内金属的强度
— 在脆性温度内金属所承受的拉伸应力
金属的强度 决定于 — 晶内强度
— 晶间强度
第五章 焊接裂纹 45
T↑ ↓
T> 时, > 发生断裂晶间断裂
1? 0?
0T
0?1
?T→ =
— 称金属的等强温度
0T
0T 1
?
0?
若焊缝所受拉伸应力为 随温度变化始终
不超过, 则不会产生结晶裂纹 <
若焊缝的拉伸应力为, > 产生结晶裂纹
2? 0?
0?1?1?
2?
0?
↓
产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作
用，二者缺一不可
第五章 焊接裂纹 46
3、防止结晶裂纹的措施
1）, 冶金方面
① 控制焊缝中有害杂质的含量,
限制 S,P,C含量 S,P<0.03-0.04
焊丝 C<0.12% (低碳钢 )
焊接高合金钢, 焊丝超低碳焊丝
② 改善焊缝的一次结晶
细化晶粒, 加入 Mo,V,Ti,Nb,Zr,Al
第五章 焊接裂纹 47
2)、工艺方面（减少拉应力）
应变率,E ↑, ↑ 应变率 ↓
接头预热型式 适当增加线能量 （ q/v） 接头型
式合理
妥善安排焊接次序焊次序
t
e
?
?
0T t
e
?
?
第五章 焊接裂纹 48
四、近缝区液化裂纹
1,产生部位及材料
通常产生在母材的热影响区的粗晶区, 也
可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹属
于晶间开裂性质, 裂纹断口呈典型的晶间
开裂特征 。
2,产生原因
1）, 近缝区晶界处存在低熔点杂质
2）, 近缝区存在晶间液膜 (低熔点共晶体 )
第五章 焊接裂纹 49
液化裂纹
第五章 焊接裂纹 50
3、影响因素
1）, 化学成分
2）、工艺因素
4、防止措施
1）, 控制 S,P等杂质含量
如采用电渣精炼的方法, 去除合金中的杂质 。
2）, 焊接工艺上, 采用小线能量, 避免近缝
区晶粒粗化
第五章 焊接裂纹 51
五、多边化裂纹
1、形成条件（形成机理）
多边化现象, 焊缝金属中存在很多高密
度的位错在高温和应力的共同作用下,
位错极易运动, 在不同平面上运动的刃
型位错遇到障碍时可能发生攀移, 由原
来的水平组合变成后来的垂直组合, 即
形成, 位错壁, 就是多边化现象 。
第五章 焊接裂纹 52
2、特点
1）, 发生部位与材料
发生在焊缝中, 常见于单相奥氏钢或纯金属的
焊缝金属
裂纹走向：以任意方向贯穿树枝状结晶
2）, 常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近,
多边化裂纹总是迟于再结晶
3）, 裂纹多发生在重复受热金属中 （ 多层焊 ）
4）, 断口呈现出高温低塑性断裂
第五章 焊接裂纹 53
3、影响因素
形成多边化过程所需时间：
t－完成多边化过程所需时间
－常数
u－多边化过程的激活能, 决定于合金
成分和应力状态
R－气体常数 （ 8.4J/mol﹒ k）
T－温度 （ K）
从公式中可以看出，完成多边化过程所
需时间与 H,T有关
kT
v
ett 0?
0t
第五章 焊接裂纹 54
1）合金成分的影响
在焊缝中加入一些提高多边化过程激活
能的元素，可有效阻止多边化过程
2）应力状态的影响
有应力存在，使多边化过程加速
3）温度的影响
在形成多边化过程的温度越高时间越短
本节结束
第五章 焊接裂纹 55
§ 5-3 焊接冷裂纹
1.产生温度,Ms点附近或 200～ 300℃ 以下温度
区间
2.产生的钢种和部位,发生在高碳钢, 中碳钢
,低合金, 中合金高强钢, 热影响区合金
元素多的超高强钢, Ti合金发生在焊缝
3.裂纹的走向,沿晶, 穿晶
4.产生时间,可焊后立即出现, 也有的几小
时, 几天或更长时间
一、冷裂纹的一般特征
第五章 焊接裂纹 56
二、冷裂纹种类
延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它
不是焊后出现，因此危害性更大
延迟裂纹三种形态,
1）、焊趾裂纹 — 缝边裂纹
2）、焊道下裂纹
3）、根部裂纹
第五章 焊接裂纹 57
三、延迟裂纹的机理
高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主
要是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的
含氢量及其分布, 焊接接头的拘束应
力 。 延迟裂纹的开裂过程存在这两个
不同的过程, 即裂纹的起源和裂纹的
扩展, 扩展到一定情况下, 发生断裂
,我们只从宏观的角度阐述一下产生
延迟裂纹的三要素 。
第五章 焊接裂纹 58
F+P A
M A裂
第五章 焊接裂纹 59
第五章 焊接裂纹 60
1、钢种的淬硬倾向
焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种
的化学成分，其次是焊接工艺，结构板
厚及冷却条件。钢种淬硬倾向越大，越
容易产生裂纹，其原因为,
1）、形成脆硬的马氏体
2）、淬硬产生晶格的缺陷
第五章 焊接裂纹 61
2、氢的作用
氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的
重要因素之一,氢具有延迟作用,由氢引
起的延迟裂纹称为氢致裂纹也称氢诱发
裂纹,氢致裂纹 Hydrogoundacpd Crack
1）、氢在焊缝 金属 中的溶解与扩散
2）、金属组织对氢的扩散影响
3）、热影响区氢致裂纹产生 氢在致裂过程中
动态行为
4）、氢致裂纹开裂机理
第五章 焊接裂纹 62
残余扩散氢 HR100
]
4
e x p [8HR 1 0 0
2
0
wh
MH ?
?
??
H0------凝固时焊缝的初始含氢量（ml/100g)
hw-----焊缝的平均厚度（ mm）
M-----氢的热扩散因子（ mm2）
? ??????? )(10)1373.22.4(100)( 25150200 cmtDM tt日本
天津大学
)(10)47.14551.3298.2543.27.183( 23300150250200 mmM tttt ???????
第五章 焊接裂纹 63
氢致裂纹目前有几种说法
① 氢的应力扩散理论
②空穴氢压脆化说
③氢吸附脆化说
第五章 焊接裂纹 64
裂缝顶端
三向应力区
H
扩散氢
裂纹扩展 H2
H
新的三向应力区
氢致裂纹扩展过程
第五章 焊接裂纹 65
第五章 焊接裂纹 66
3、焊接接头的拘束应力
1）, 焊接接头的拘束应力
a,热应力与母材焊条金属的热物理性质及
刚度有关
b,组织应力 — 相变, 组织比容不同而产生
c,附加应力 — 结构自身拘束条件所造成的
应力包括结构的形式, 焊缝位置, 施焊的
顺序
第五章 焊接裂纹 67
定义：相当于为使焊接接头根部间隙弹性位
移单位长度时，单位长度焊缝所受的力的大
小。即定义为拘束度。符号,R
2）、拘束度,表示母材对反作用力的刚度
第五章 焊接裂纹 68
公式：
E— 母材金属的弹性模量
— 板厚
l— 焊缝长度
L— 拘束距离
L
E
LL
L
l
F
l
FR
bb
??
???
?
?? ????
1
?
? ?
c
H tgToTmm ?? ??
mR??
m为拘束应力转换系数
第五章 焊接裂纹 69
3）、产生裂纹的临界拘束应力
临界拘束应力：开始产生裂纹时的拘束应力
日本 IL委员会插销式裂纹试验所确定的
=(86.3-211Pcm-28.21log[[H]+1]+2.73+800-
500+9.7× )× 9.8
— 称为合金元素的裂纹敏感系数 （ %）
[H] — 扩散氢含量 100mol/g
t800～ 500— 在接条件下, 熔合区附近 1350℃ 冷却到
800～ 500℃ 的冷却时 （ S）
t100— 从熔合区附近 1350℃ ～ 100℃ 实际冷却时间
cr?
cr?
cmP
100310 t?
BVMoNirCCuMoSiCP CM 51015602020 ?????????
第五章 焊接裂纹 70
60060
][ ???? HPP
CMC
21 0 0 05 0 0 mmNb ???
CP N
P
4000060
][ RHPP
CMW ???
BVMoNirCCuMoSiCP CM 51015602020 ?????????
— 合金元素的裂纹敏感指数（反映了淬硬倾向）
四、影响因素及防止措施
1),钢种化学成分的影响
1、影响因素
冷裂纹判据 应用于
,— 裂纹敏感指数
上述公式是经验式,有一定的使用范围适用范围可参考
CMP
第五章 焊接裂纹 71
对接接头 <50mm拘束度与板厚的关系
R≦ K1 R=K1 长焊缝 K1=400定位短焊缝 K1=700
K1板厚拘束系数
点固焊的短焊缝和斜 Y型坡口裂纹试验
K1=70 R≦ 70
低合金高强钢冷裂纹敏感性判据条件
当 >500℃ R=71K1[arctg(0.017 )－ ( /400)2
不产生裂纹,R> 产生裂纹
— 不产生裂纹的临界拘束度 （ 通过实验方
法测 ）
R可通过计算或实测求得 只适用单向拉伸
? ?
?
?
???
RRcr ?
crR
crR
2）、拘束应力的影响
第五章 焊接裂纹 72
对于三维 弹塑性有限元计算
修正系数
RR
??
?
?
?`
1
1
22
/2/2s i n h
/s i n h
/
/s i n81
?
?
? ??
?
?
?
??
?
?
?
??
?
?
?
???
??? ?
m w
w
BmBm
Bm
hm
hm
m ????
??
??
??
?
?
--拉板厚度（ mm）
Sinh---双曲线正弦函数
hw----试验焊缝厚度（ mm）
B----试板宽度，即拘束距离（ mm）
?
第五章 焊接裂纹 73
3)、氢的有害影响
4)、工艺影响
① 线能量
②预热温度
③ 焊后后热
④多层焊
第五章 焊接裂纹 74
综合上述各影响因素, 提出了预测高强钢焊
接接头延迟裂纹倾向的判据公式 。
产生裂纹
— 在一定焊接条件下, 第一层焊缝焊后冷却到
100℃ 刚刚不出现裂纹的时间 — 临界冷却时间,
— 实际焊接条件下, 熔合区附近 1350～ 100℃ 的冷
却时间
A.n— 实验常数
— 裂纹敏感系数
若 越高, 则 越大, 越易产生裂纹
crt
1 0 0ttcr ?
crt
100t
HMP
NP
nHMcr PAt )28.0( ??
第五章 焊接裂纹 75
2、防止措施
1）、冶金措施
①（低碳微量多合金）
② [H]↓ 选用低氢焊接材料，低氢焊接方法
如 CO2焊
③控制氢的来源，烘干焊条消理焊件焊丝
④加入某些合金元素，提高塑性
⑤采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾
向较大的低合金高强钢，避免冷裂纹
第五章 焊接裂纹 76
2）、工艺措施
① 选择合适的焊接线能量 q↑, V冷 ↓, t100↑
减少裂 但有晶粒粗大现象
②预热 冷却速度 ↓ [H]外逸
③后热 [H]↓ 消氢处理 350℃ 保温 1— 2小时，
使氢外逸
??
对于需要较高预热温度的中碳钢，高碳钢及中
碳调质高强钢，如果由于形状复杂或需要在结
构内部施焊等因素要避免高温预热时，采用后
热并配合低温的预热特别见效。
第五章 焊接裂纹 77
3）、拘束应力
① 防止焊缝分布密集，消除应力集中部
位如缺口，坡口形状对称
②适当的预热、后热、缓冷
本节结束
第五章 焊接裂纹 78
§ 5-4 再热裂纹
定义, 焊后再加热,消除应力退火,高温工作时
500— 600℃ 过程中产生裂纹称再热裂纹 。
一、再热裂纹的特征
1,热裂纹产生部位：
近缝区的粗晶区, 止裂于细晶区, 沿晶间开
裂, 裂纹大部分晶间断裂, 沿熔合线方向在
奥氏体粗晶粒边界发展
第五章 焊接裂纹 79
再热裂纹
第五章 焊接裂纹 80
2,敏感的温度范围,一般在 500～ 700℃ 低
于 500或高于 700℃,再加热不易出现再热裂
纹
3、有大量的内应力存在，及应集中,在大
拘束度的厚件或应力集中部位易产生再热
裂纹
4、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中,
晶界滑动 → 微裂 → 扩展 → 裂纹
第五章 焊接裂纹 81
二、产生机理
1、一般条件 e > ec 产生裂纹
e— 产生裂纹的晶界微观局部的实际塑
性变形量
ec：产生裂纹的晶界微观局部的最大
塑性形变能力
e实际塑性应变：接头的残余应力经再
加热产生应力松驰而引起，与接头的拘
束度残余应力，应力集中有关。
第五章 焊接裂纹 82
2、再热裂纹产生机理
1）, 晶界杂质析集弱化说
① 晶界析集 P,S、
② 硼化物沿晶析集
如果产生再热裂纹的塑性变形量为 ec,可
以下式表示,
?
?
??
?
??? ?
ccRTLe EEc //)1( ???
第五章 焊接裂纹 83
2）、二次沉淀理论晶内沉淀强化
① 具有沉淀强化的元素
② 焊接高温时过 a热区合金元素全部溶入
A中, A长大,
③ 焊后冷却速度快, 合金元素以过饱和
形式溶入在 F中, 渗碳体, 一般出现在
位错, 空位, 缺陷等处 。
enrbri FMCMWVNZT,、、、、、、,0
④ 焊后再加热时（ 500--700℃ ）
第五章 焊接裂纹 84
3）、高温蠕变理论
蠕变定义,金属在长时间的恒温, 恒应力
作用下, 即使应力小于屈服强度, 也会缓
慢地产生塑性变形的现象称为蠕变 。
特征：
①材料内的应力小于材料的屈服应力
②与温度有关 T蠕变速度
③温度升高持久强度下降
④高温下，晶界强度低于晶内强度
第五章 焊接裂纹 85
1.楔形开裂
d
rEc bPs
2
})(2{3 ???? ???
d
E bPs
p ??
????
)1(
})(2{2
2
`
?
???
应力
临界应力：
2.空位聚集而产生的“空位开裂”
2
33
27
256
A
W ???
最小能量
第五章 焊接裂纹 86
低合金钢产生再热裂纹临界应力关系式
VMoCrCC
C
SR
SRcr
115.032
8.9)7.425.47.20(
????
?????
cr? 产生再热裂纹临界应力 (N/mm
2)
如结构实际拘束应力为 时，则
不裂
开裂
cr
cr
??
??
?
?
?
第五章 焊接裂纹 87
第五章 焊接裂纹 88
三,影响因素
1,化学成分对再热裂纹的影响
2．晶粒度对再热裂纹的影响
3．焊接接头不同部位和不同组织
对再热裂纹的影响
(一 ),冶金因素
第五章 焊接裂纹 89
(二 ) 工艺措施
1,预热及后热
预热裂 200～ 450℃, 后热可降低预热温
度
2,线能量的作用
E适当增加, 减少过热区硬度, 裂纹减小
3,低强焊缝应用
减少近缝区塑变的集中程度, 有利于降低
再热裂纹产生倾向
4,降低残余应力和避免应力集中
本节结束
第五章 焊接裂纹 90
§ 5-5 层状撕裂
1,产生的部位和形状
宏观形状, 在外观上具有阶梯状的形式
,由基本上平行于轧制方向表面的平台
与大体上垂直于平台的剪切壁所组成 。
微观形状,扫描电镜观察低倍下：断口
表面呈典型的木纹状，是层层平台在不
同高度分布的结果
部位,母材或热影响区
一、特征及危害性
第五章 焊接裂纹 91
2、产生在厚板结构中
十字接头,丁字接头,角接头，平台局部地
区有硅酸盐或氧化物夹杂物
第五章 焊接裂纹 92
种类
依产生部位分,
第一类 是在焊接热影响区焊趾或焊根
冷裂纹诱发而形成层状措裂；
第二类 热影响区沿夹杂开裂；
第三类 远离热影响区母材中沿夹杂开裂
MnS片状夹杂较多。
第五章 焊接裂纹 93
二、形成机理及影响因素
(一 ),层状撕裂的形成过程
1、厚板结构中焊接时刚性拘束条件下，产
生较大的 Z向应力和应变，当应变达到超过
材料的形变能力之后，夹杂物与金属基体之
间弱结合面发生脱离，形成显微裂纹，裂纹
尖端的缺口效应造成应力、应变的集中，迫
使裂纹沿自身所处的平面扩展，把同一平面
而相邻的一群夹杂物连成一平，形成所谓的
,平面, 。
第五章 焊接裂纹 94
2、与此同时相邻近的两个平台之间的裂纹
尖端处，在应力应变影响下在剪切应力作
用下发生剪切断裂，形成, 剪切壁,,这
些平台和剪切壁在一起，构成层状撕裂所
持有的阶梯形状 。
第五章 焊接裂纹 95
(二 )、影响因素
1,非金属夹杂物的种类
2、焊接 Z向应力
3,母材性能
① 热影响区产生淬硬组织, 塑性下降 ;
② 加热 150～ 350℃ 出现应变时效, 塑性,
韧性下降
4,氢的作用 氢集聚发生在夹杂物和基体
界面上的氢脆引起层状撕裂
第五章 焊接裂纹 96
四、防止措施
(一 )选择母材
1 精炼钢 2、控制夹杂物
冶炼降低杂质，脱 S加 Ti,Zr或稀土元
素，促使夹杂物破碎、球化 (成本高 )
(二 )设计和工艺措施
1,改变接头形式、降低焊接应力
2,应尽量避免单侧焊缝等 ;
3,应尽量避免承载焊缝
4,预热及后热
5,加软焊道
第五章 焊接裂纹 97
接头形式在受力最小时即可防止层状撕裂
，通过开坡口来减轻钢板 Z向受承受的应力
和应变。
本节结束
第五章 焊接裂纹 98
§ 5-6 应力腐蚀撕裂 (SCC)
应力腐蚀裂纹,金属材料在某些特定介
质和拉应力共同作用下所产生的延迟破
裂现象称应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀裂纹已成为工业中特点是石
油工业中最突出的问题，日本 1965～
1975十年间化工设备破坏事故统计有
50%属于应力腐蚀开裂，应力腐蚀裂纹
造成危害极大。
第五章 焊接裂纹 99
一、应力腐蚀裂纹特征
1,形貌：
外观：无明显的均匀腐蚀痕迹, 呈龟裂形式断断
续续 。
从横断面来看：犹如枯干的树木的根须, 由表面
向纵深方向往里发展, 裂口深宽比大, 细长而
带有分支是其典型的特点 。
从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口
第五章 焊接裂纹 100
应力腐蚀裂纹
第五章 焊接裂纹 101
2、材质与介质的匹配
纯金属不产生应力腐蚀裂纹，凡是合金即
使含有微量元素的合金，在特定的腐蚀环
境中都有一定的应力腐蚀开裂倾向。但并
不是说，任何合金在任何介质中都产生应
力腐蚀开裂，一定的材料只在某一定的腐
蚀环境中才产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀开裂温度,易产生在 100～ 300℃ 之间
第五章 焊接裂纹 102
3、应力腐蚀开裂的临界应力
拉应力的存在是产生应力腐蚀开裂的
先决条件之一，造成应力腐蚀开裂的
应力主要是残余应力。
临界应力
— 引起应力腐蚀裂纹开裂的临界
应力，与腐蚀介质，金属材料的强度级
别有关。
th?
sth ?? ?
第五章 焊接裂纹 103
二、应力腐蚀裂纹的形成条件 形
成机理
（ 一 ）, 电化学应力裂机理
从电化学考虑, 把应力腐蚀裂纹分为两大类
一类为应力阳极溶解开裂 简记 APC
另一类应力阴极氢脆开裂 简记 HEC
形成三要素：
1） 材质 2) 腐蚀介质 3) 临界拉应力
第五章 焊接裂纹 104
HEC和 APC应力腐蚀过程
第五章 焊接裂纹 105
（二）、机械破裂应力腐蚀开裂机理
1）, 孕育期 应力作用下将产生不同
程度的塑性变形, 这种塑性变形将会产
生, 滑移台阶,, 形成局部性的最初腐
蚀裂口, 造成拉应力集中, 局部产生滑
移阶梯, 导致保护膜破坏 。
第五章 焊接裂纹 106
第五章 焊接裂纹 107
第五章 焊接裂纹 108
2）、发展阶段
腐蚀裂口在拉应力与介质的共同作用下 （ 物
理作用及化学作用 ） 沿着垂直拉应方向纵深发
展, 呈枯干树枝或根须, 且逐步出现分支, 若
应力因素占优势, 将是某一裂口优先发展, 腐
蚀因素占优势则可能同时几条裂口平行地发展
3）, 溃裂阶段
发展的最快的裂纹的最终崩溃性的发展，是拉
应力局部越来越大的累积结果，最终破坏是力
的因素起主要作用 。
第五章 焊接裂纹 109
裂纹扩展的几种说法
1,阳极相的沉淀
2,腐蚀介质的吸附
3,阴极氢化反应
4,机械化学效应
5,隧洞腐蚀
第五章 焊接裂纹 110
三、应力腐蚀的预防措施
（ 一 ）, 结构设计
1,合理选材母材
选材必须有足够的实验数据, 不能只
看材料牌号, 不能单纯考虑强度级别
,因同一强度等级, 合金系统不同,
抗应力腐蚀开裂的倾向很大 。
2,避免高应力区
第五章 焊接裂纹 111
（二）、施工制造
1,合理选择焊材
了解产品结构的的工作条件，熟悉介质
的腐蚀特性，及合金元素的特性，则
确定焊缝成分从而确定焊接材料。因
此必须根据具体腐蚀介质，调整焊缝
的合金系统，以便提高耐应力腐蚀开
裂的能力 。
第五章 焊接裂纹 112
1,合理制定装焊工艺
1）、成形及装配工艺
引起应力腐蚀裂纹的重要原因之一就是残余
应力，从部件成形加工列组装都可引起残余
应，特别是强制组装，例如用千斤组装大错
口，可以形成很大的残余应力，在组装质量
不良的条件下（错口）焊接时，会造成较大
的残余应力。组装时所造成伤痕如随意打弧
的灼痕等都会成应力腐蚀裂源 。
第五章 焊接裂纹 113
2)、焊接工艺
基本点, 不产生硬化组织, 不发生晶粒
严重粗化现象,接头硬度 ↑
粗晶区的应力腐蚀裂纹的扩展敏感性最
大, 主要是由于晶粒粗大, 以致裂纹尖
端集中的位错数量增大, 并可形成大的
滑移阶梯, 从而利于应力腐蚀裂纹的形
成和扩展 。
第五章 焊接裂纹 114
消除应力处理
焊后消除应力处理是防止产生应力腐蚀
裂纹的重要环节 。
例氢化脱硫装置的硫化物应力腐蚀开裂
试验, 钢种弯曲成形加工后的热处理温度
温度 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 650℃ 850℃
1Cr18Ni8 x x x x x o o o
1Cr18Ni9Ti X x o o o o o o
其中 x裂纹,o无裂纹
第五章 焊接裂纹 115
1.整体消除应力处理
消除应力的程度可用下式估算
P=T（ lgt+20)*10-3
P— 消除应力效果参数
T— 热力学温度
t — 保温时间
2.局部消除应力处理
?RB 5?
R----管子半径
---板厚?
加热宽度
第五章 焊接裂纹 116
（三）、生产管理
1,防蚀处理
介质隔离, 涂层, 衬里
介质处理, 加缓蚀剂等
电化防蚀, 阴极化或阳极化, 表面技术
处理
2,定时检查及分析
定期检查、及时补修
本节结束
第五章 焊接裂纹 117
§ 5-7 焊接裂纹综合分析
和判断
一、宏观分析及判断
（一）被焊材质和焊接材料的化
学成分
（二）根据施工中的焊接工艺
（三）产品结构的运行工况条件
第五章 焊接裂纹 118
二、微观分析及判断
1、热裂纹
2、冷裂纹
3、再热裂纹
4、层状撕裂
5、应力腐蚀裂纹
图形详见前几节
第五章 焊接裂纹 119
三、断口分析及判断
断裂形式
穿晶断裂
沿晶断裂
韧性断裂
韧窝断裂
滑移断裂
脆性断裂
疲劳断裂 — 疲劳纹
解理断裂
准解理断裂
塑性断裂
脆性断裂
疲劳断裂 — 疲劳花纹
等轴韧窝
剪切韧窝
撕裂韧窝
蛇形滑移
波形滑移
平直滑移
第五章 焊接裂纹 120
(一 )焊接裂纹的断裂形式
及断口形态
2、解理断裂
3、准解理数裂
4、沿晶断裂
1、韧窝断裂
等轴韧窝
撕裂韧窝
剪切韧窝
第五章 焊接裂纹 121
第五章 焊接裂纹 122
第五章 焊接裂纹 123
(二 )热裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 124
(三 )冷裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 125
(四 )再热裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 126
(五 )层状撕裂断口形貌
第五章 焊接裂纹 127
(六 )应力腐蚀裂纹断口形貌
第五章 焊接裂纹 128
本章小结
本章重点介绍了各种焊接裂纹的
分类、形成机理，特征、影响因
素，及其防冶措施，对于焊接裂
纹进行综合分析及判断，以及对
于各种裂纹的断口形貌特征进行
简单介绍。
第五章 焊接裂纹 129
思考题
1,简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的
原因。
2,分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹
的影响。
3,什么是脆性温度区间？在脆性温度区间
内为什么金属的塑性很低？
4,综合分析脆性温度区及在该区内金属的
塑性和变形增长率之间的影响因素。
5.液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区
别？在防止措施上的何不同？
第五章 焊接裂纹 130
6,试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。
7,试述氢在产生冷裂纹过程中的作用，研
究残余扩散氢 HR100 和氢扩散因子 M有何重
要意义？
8,何谓拘束度？临界拘束度？它与拘束力
和临界拘束应力有何关系？
9,拘束度和拘束应力与钢材的板厚、焊接
工艺参数有何关系？它们各自有哪 些影响
因素？
10,一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟
现象？为什么容易在焊接 HAZ产生？
第五章 焊接裂纹 131
11,后热对防止冷裂纹有何作用？它能否全
部代替预热？
12,分析近缝区的马氏体转变对产生冷裂纹
的影响。
13,为什么说临界冷却时间 tcr为依据，是反
映产生冷裂纹各种因素的综合影响？
14,简述再热裂纹的主要特征和产生机理。
15,试述产生层状撕裂纹的原因，如何判断
钢材产生层状撕裂的敏感性？
16,试述产生应力腐蚀的机理，并说明 APC
和 HEC的形成过程。
第五章 焊接裂纹 132
本章结束
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