冷裂纹产生的三大因素

冷裂纹产生的三大因素包括淬硬倾向、氢的存在和焊接接头的应力状态。以下是详细介绍：

淬硬倾向。钢材的淬硬倾向越大，焊接时越容易产生冷裂纹。淬硬倾向大的金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷，这些缺陷在应力和热力不平衡的条件下，可能形成裂纹源，甚至扩展形成宏观裂纹。

氢的存在。氢是引起高强钢焊接时形成冷裂纹的重要因素之一，并且使之具有延迟的特征。氢在钢中的扩散、在微观缺陷处聚集、产生应力，直至开裂纹都需要一定的时间。高强钢焊接接头的氢含量越高，裂纹敏感性越大，当氢含量大于某一临界值时，便会开始出现裂纹。

焊接接头的应力状态。焊接接头的热应力(不均匀加热和冷却)、相变应力(相变时组织的体积变化)及结构形式、焊接顺序等都会形成拘束力，这些应力状态对冷裂纹的产生有重要影响。

冷裂纹是指在焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)所产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹，因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。冷裂纹的延迟时间不定，由几秒钟到几年不等。

焊接接头冷却到较低温度下时产生的焊接裂纹叫冷裂纹。主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金高强钢、中合金钢高强钢、马氏体不锈钢的焊接热影响区，一些超高强度钢、钛合金有时也出现在焊缝中。焊接冷裂纹主要分布在焊道下、焊缝根部、焊趾、焊缝表面，具有沿晶及穿晶断裂特征，断口明亮有金属光泽，同热裂纹一样，其断裂条件是：焊接接头局部位置的延性δmin不足以承受所发生的应变占的作用，即ε≥δmin时发生断裂。焊接冷裂纹包括淬硬脆化裂纹、延迟裂纹、低塑性脆化裂纹。

、淬硬脆化裂纹淬硬倾向大的钢在焊接热循环作用下产生淬硬组织，在应力作用下产生裂纹。产生裂纹的敏感温度在Ms附近，焊接接头冷却到一定温度以下即出现裂纹，没有延迟开裂特征。一些超高强度钢、马氏体不锈钢、工具钢具有较高的淬硬脆化裂纹敏感性。2、延迟裂纹焊接接头冷却到室温后并在一定时间(几小时、几天，甚至十几天)才出现的焊接冷裂纹称延迟裂纹。延迟裂纹的影响因素有淬硬组织、氢、应力。钢的淬硬倾向越大，焊接时越容易形成脆硬的马氏体组织，产生裂纹的敏感性越高;焊缝金属中的扩散氢是延迟裂纹形成的主要因素，氢含量越高，延迟裂纹的敏感性越大;存在应力是产生延迟裂纹的必要条件，应力主要有：由焊接的不均匀加热和冷却过程引起的热应力、由金属相变发生的体积变化而引起的棚变应力、由结构刚度和约束引起的拘束应力。3、低塑性脆化裂纹被焊母材或焊缝金属本身塑性过低，在焊接热应力和拘束应力作用下，发生的应变大于其延性而产生的裂纹。低塑性脆化裂纹与氢的作用无关，与焊接形成的脆硬组织也无必然联系，根本原因在于母材塑性过低。低塑性脆化裂纹在焊接接头冷却到一定温度以下即出现，多出现在焊缝和热影响区表面，没有延迟特征。铸铁、硬质合金堆焊容易产生低塑性脆化裂纹，高合金化钛合金、钛铝金属间化合物等航空材料也容易产生这类裂纹。

冷裂纹是焊接生产中较为普遍的一种裂纹，它是在焊后冷却至较低温度时产生的，对于低合金高强钢，大约在马氏体转变温度附近。冷裂纹形成的三要素分别为钢种淬硬倾向、焊缝中的氢含量及其分布、焊接接头应力状态。

一、淬硬倾向

钢材的淬硬倾向主要取决于其化学成分和冷却条件。钢材的淬硬倾向越大，焊接时越容易产生冷裂纹。因为淬硬倾向越大，意味着焊接受热时会产生更多的马氏体组织，而马氏体变形能力低容易发生脆性断裂。而焊接接头的淬硬倾向，除了化学成分、冷却条件之外，还与焊接工艺、结构板厚有关。

其中，化学成分对钢材淬硬倾向的影响，可以用碳当量法的粗略估计，如下：

CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15

例如，对于厚度小于20mm的钢板，当CE<0.4%时淬硬倾向不大。

淬硬倾向大的金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷，在应力和热力不平衡的条件下，会形成裂纹源乃至扩展形成宏观裂纹。

如果焊缝和热影响区中有氢存在，会降低其韧性，产生氢脆。而高碳马氏体淬硬组织对氢脆敏感性很强，冷裂纹敏感。在焊接中常用热影响区的最高硬度来评定某些高强钢的淬硬倾向。

二、氢

氢是引起高强钢焊接时形成冷裂纹的重要因素之一，并且使之具有延迟的特征，通常把氢引起的延迟裂纹称为“氢致裂纹”或“氢诱发裂纹”。之所以会有“延迟”，是因为氢在钢中的扩散、在微观缺陷处聚集、产生应力，直至开裂纹都需要一定的时间。

高强钢焊接接头的氢含量越高，裂纹敏感性越大，当氢含量大于某一临界值时，便会开始出现裂纹，临界值大小因具体而异。

焊接热影响区中氢的浓度足够高时，会其中的马氏体组织(若有)进一步脆化，进而形成裂纹。

三、应力状态

高强钢焊接时冷裂纹的产生不仅取决于钢的淬硬倾向、氢的有害作用，还取决于焊接接接头的应力状态，有时应力状态甚至起决定性作用。焊接接头的热应力(不均匀加热和冷却)、相变应力(相变时组织的体积变化)及结构形式、焊接顺序等都会形成拘束力。

上述形成冷裂纹的三要素，各有其内在规律，但又相互影响。总的来说，热影响区和焊缝金属的淬硬倾向是产生裂纹的内在因素，而只有当钢中有淬硬组织形成时，氢才能发挥其诱发裂纹的有害作用。