带你认识焊缝的热裂纹和冷裂纹

                                                                                                   



前言

焊接裂纹是压力容器焊接工程师最头疼的问题。常见的焊接裂纹分为“热裂纹”和“冷裂纹”，这两种裂纹的产生机理、形态、时间等有本质区别。下面老愚为大家详细讲解。


1什么是热裂纹 热裂纹又叫“结晶裂纹”，英文名称Hot Cracking.焊接过程中，由液态到固态结晶的过程中，当焊缝中存在低熔点物质（如FeS）时，由于焊接冷却速度很快，所以极易在晶界产生微观偏析，使晶粒之间被低熔点共晶体隔开。

图1 热裂纹的产生示意图当晶粒已凝固时，而晶界仍处于液态，变形阻力几乎为零时，若焊接拉伸应变很大，则可能使晶界被拉开，冷却后就形成裂纹。
2什么是冷裂纹 冷裂纹又叫延迟裂纹、热影响区裂纹、氢致裂纹，名称Cold cracking.引申知识点：Hydrogen-induced Cracking (HIC) 裂纹也是冷裂纹的一种，只不过专门指湿硫化氢环境的冷裂纹。焊接时高温下，氢（下面用H表示）溶解在钢材中，焊后随着温度降低，H的溶解度下降，H2被释放出来，聚集在一起，产生一定高压，并且热影响区或焊缝内形成了淬硬组织，最后使钢材产生裂纹，塑性韧性下降。
冷裂纹的发生，在外观上没有任何明显的变形和征兆，而是在应力较低的水平下发生的，突然发生破坏，所以也叫低应力脆断。
根据GB150，有延迟裂纹倾向的材料，应至少在焊接完成至少24h后在进行无损检测。冷裂纹产生，是由以下三个方面同时作用的结果：
(1) 有脆硬组织。含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材在焊接时最易产生冷裂纹。(2) 焊缝中熔入过多的H。(3) 焊接残余应力，或拉应力。

图2冷裂纹产生的因素
3热裂纹和冷裂纹区别
3.1 热裂纹和冷裂纹的发生时间 热裂纹是在焊接过程或焊接后较短的时间内产生的；
冷裂纹是在焊接后几小时甚比较长的一段时间产生的，比如几小时甚至数天。（从这个角度来看，冷裂纹比热裂纹更危险）

图3 热裂纹和冷裂纹产生的温度区间

3.2 热裂纹和冷裂纹的发生部位不同、方向不同、金相结构不同热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中，有的是纵向，有的是横向，有时热裂纹也会延伸到母材金属中去；冷裂纹大多数产生在母材金属或焊缝熔合线上，大多数为纵向裂纹，少数为横向裂纹。有经验的无损检测人员，能根据片子判断出来是冷裂纹还是热裂纹。
另外，热裂纹一般都是沿晶界开裂；冷裂纹是贯穿晶粒内部，即穿晶开裂，不过也有的是沿晶界开裂。

图4 裂纹形态示意图
下一篇，老愚将讲解如何预防焊接过程中的热裂纹和冷裂纹。


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