1. 焊接時冷裂紋和熱裂紋是怎樣產生的
1、冷裂紋
冷裂紋的特徵
多出現在焊道與母材熔合線附近的熱影響區中，多為穿晶裂紋。
冷裂紋無氧化色彩。
冷裂紋發生於碳鋼或合金鋼，高的含碳量和合金含量。
冷裂紋具有延遲性質，主要是延遲裂紋。
冷裂紋產生原因
焊接接頭(焊縫和熱影響區及熔合區)的淬火傾向嚴重，產生淬火組織，導致接頭性能脆化。
焊接接頭含氫量較高，並聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化；磷含量過高同樣產生冷裂紋。
存在較大的拉應力。因氫的擴散需要時間，所以冷裂紋在焊後需延遲一段時間才出現。由於是氫所誘發的，也叫氫致裂紋。
防止冷裂紋的措施
選用鹼性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。
焊條焊劑要烘乾，焊縫坡口及附近母材要去油、水、除銹，減少氫的來源。
工件焊前預熱，焊後緩冷（大部分材料的溫度可查表），可降低焊後冷卻速度，避免產生淬硬組織，並可減少焊接殘余應力。
採取減小焊接應力的工藝措施，如對稱焊，小線能量的多層多道焊等，焊後進行清除應力的退火處理。
焊後立即進行去氫（後熱）處理，加熱到250℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的散氫逸出金屬表面。
2、熱裂紋（又稱結晶裂紋）
熱裂紋的特徵
熱裂紋可發生在焊縫區或熱影響區,沿焊縫長度方向分布。
熱裂紋的微觀特徵是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，
有氧化色彩。
焊後立即可見。
熱裂紋產生原因。
焊縫金屬的晶界上存在低熔點共晶體（含硫、磷、銅等雜質）。
接頭中存在拉應力。
防止措施
選用適宜的焊接材料，嚴格控制有害雜質碳、硫、磷的含量。Fe和FeS易形成低熔點共晶，其熔點為988℃，很容易產生熱裂紋。
嚴格控制焊縫截面形狀，避免突高，扁平圓弧過渡。
縮小結晶溫度范圍，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。
確定合理的焊接工藝參數，減緩焊縫的冷卻速度，以減小焊接應力。如採用小線能量，焊前預熱，合理的焊縫布置等。
2. 熱裂紋定義
焊接熱裂紋是焊接過程中常見的一種缺陷，它多發生在接近固相線的高溫狀態下，且具有沿晶界分布的特徵。有時，它也會在低於固相線的溫度下沿著"多邊化邊界"形成。熱裂紋主要發生在焊縫金屬內部，但同樣可能出現在焊接熔合線附近的熱影響區組織中（即母材金屬）。基於其產生的機理、形態和溫度區間，焊接熱裂紋通常被分為四類：凝固裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋和失塑裂紋。
凝固裂紋主要發生在金屬凝固過程中，當熔融金屬冷卻時，由於晶粒生長不均或熔渣的阻礙，可能會導致裂紋形成。液化裂紋則與液態金屬的流動性有關，當金屬熔化並快速冷卻時，由於內應力的積累，可能會產生裂紋。多邊化裂紋通常與金屬的多邊化過程相關，即金屬在冷卻時形成多邊形狀，導致裂紋的形成。失塑裂紋則是因為金屬在冷卻過程中未能完全塑性變形，導致內部應力積累，最終產生裂紋。
焊接熱裂紋的形成機理復雜，涉及材料的熱物理性質、焊接參數、冷卻速率以及焊接工藝等因素。理解這些裂紋的類型、機理和預防措施對於提高焊接質量、減少缺陷至關重要。通過對焊接工藝的優化和對材料性能的合理選擇，可以有效地減少熱裂紋的發生，從而提高焊接結構的可靠性和安全性。
焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近的高溫區產生的裂紋。
3. 手工電弧焊中焊接裂紋產生的原因及分析及預防措施
1、焊接裂紋形成原因
焊接中的常見焊接裂紋一般分為三大種類型:
1.1 熱裂紋:熱裂紋是在高溫下產生的, 而且都是沿奧氏體晶界開裂,它的主要形態是結裂紋。即焊縫在結晶過程中,在固相線附近由於凝固金屬的收縮,晶粒間的液態薄膜承受不了拉力,以致沿晶界開裂。
1.2 冷裂紋:是在相當低的溫度(即在鋼的馬氏體轉變溫度附近,約200-300℃)由於約束應力,淬硬組織和氫的作用,焊接接頭產生裂絞,即屬於冷裂紋。
1.3 脆裂:在溫度急劇下降時由於金屬及焊縫變脆;而發的低應力破壞的現象,即稱為脆裂。根據金屬裂斷前的總變形量(宏觀變形),可把斷裂分為延性斷裂和脆性斷裂兩大類。延性斷裂,金屬在斷裂前和斷裂中發生顯著塑性變形,一般在應力超過金屬的強度極限{超載}後發生斷裂。而脆性斷裂,在斷裂前幾乎不產生明顯塑性變形,通常在不超過金屬屈服強度即斷裂,因此亦稱低應力破壞。
從以上討論可以知道,在各種具體情況下產生裂紋的原因是不同的,有時可能是幾種因素共同作用的結果。然而,不管是熱裂紋,冷裂紋,脆裂,它們都具有一個共同的規律,即、焊接時由於各種原因在熔池內部常發生變化,在一定條件下會發生作用而形成裂紋。在手工電弧焊中我們要通過裂紋的特徵來判斷裂紋的類型，找出裂紋形成的原因,從而採取相應措施。
2、影響生成裂紋的因素及防止措施
2.1 熱裂紋。主要講結晶裂紋,它是熱裂紋的一種普遍形態。影響結晶裂紋主要有下列因素:
2.1.1 結晶溫度區的范圍愈大,則增加脆性溫度區,即增加裂紋傾向。結晶溫度區大小與合金含量有很大關系;即隨著合金成份的增加,結晶溫度區間也增大。
2.1.2 碳當量愈大,則增加裂紋傾向,因為各種元素對結晶裂紋的影響不同,例如嚴重影響結晶裂紜紋的元素有C,S,P,Cn,Ni;少量影響不大,多量則促使裂紋的元素有Si,Mn,Cr等。為了相對判斷焊縫金屬裂紋傾向,建立了碳當量的計算方式,以便相應進行考察。
2.1.3 殘液m形態,如為薄膜狀則裂紋傾向大,如為球粒狀則裂紋傾向小。
2.1.4 一次結晶組織,如粗大則裂紋傾向大,如為球粒狀則裂紋傾向小。
2.1.5 力的因素對產生結晶裂紋也有影響,當焊的拉伸應力在某一溫度區間超過了金屬的晶間強度,即會產生晶向裂紋。 2.2 冷裂紋。冷裂紋可以在焊後立即出現,也可以是延遲裂紋,而後一種是冷裂紋中的比較普遍的形態。冷裂紋的產生與鋼的碎硬傾向;焊接接頭的氫含量及其分布;焊接接頭的拘束應力有直接關系。並且這三者是相互促進和相互影響,在不同情況下,其中任何一個便可能為主要因素,但不是唯一因素:
2.2.1 鋼的淬硬傾向,主要取決於鋼種的化學成分,其次是焊接工藝,結構鋼板厚度及冷卻條件。鋼種的淬硬傾向愈大,則愈容易產生冷裂紋。這是由於:容易產生冷裂紋。這是由於:容易形成脆性組織,如馬氏體組織便是一種脆硬性組織,在一定應力作用下會發生脆性斷裂。冷卻速度愈快愈容易加大鋼的淬硬性傾向:淬硬性傾向愈大的鋼材,會產生較多的晶格缺陷,如空位和位錯, 這些都會在焊接應力的作用下,發生移動和聚集,達到一定程度,便會產生裂紋源。
2.2.2 氫的作用,氫對冷裂紋的影響極為顯著,氫在焊道或影響區的存在;可以形成氫脆;試驗表明氫脆是冷裂紋的重要原因;在正常情況下鋼中氫含量是極低的,但當焊接時,如果焊件處理不當,焊條中所含的水傷,焊接坡口附近的油污,其中鐵銹(mFeO3nH2O)的影響特別大。加熱時鐵銹進行下列反應 由於增加氧化作用,在結晶時就會促使生成H2氣。鐵銹中的結晶水(H2O),在高溫時分解出氫氣,增加了生成氫氣孔的傾向。由此可見,鐵銹是一個極其有害的雜質,對於氫氣有敏感性,尤其在鹼性焊條施焊的情況下,焊件表面氧化皮和鐵銹、油污等雜質的清理要比酸性焊條要求更為嚴格,否則使焊縫產生氫,這些氫在電弧高殞溫作用下, 分解成氫原子,不斷進入焊接的熔池中。金屬在熔融狀態下熔氫量是比較高皈,但是在液相凝固時溶氫量則急劇降低,這時氫原子結合成氫分子而逸出。然而由亍焊接接頭處冷卻速度是極快的,大部分氫未來得及逸出而以過飽私狀態熔於凝固了的焊縫中。溶於鋼中的氫原子在應力梯度的推動下擴散至此, 聚集形成裂紋源。裂紋源漸漸就形成宏觀裂紋。
2.2.3 應力作用,裂紋是在應力超過材料強度極限時,在材料內部發生的一種破斷,因此任何裂紋都離不開應力。所以應力成為主要矛盾。因此必須設法保證焊接質量,要合理考慮設計接頭,以避免裂紋的出現。防止冷裂紋一般應採取如下措施:選擇合適的填充材料,即焊條,如選用鹼性低氫型焊條,以減少從填充材料中帶入氫。焊縫的強度要與母材相適應;採取減少氫的措施,如嚴格控制焊條的烘乾溫度,鹼性焊條對氫的敏感性大,故需要更高的烘乾溫度350～450℃,保溫1～2小時。而酸性焊條烘乾到150～200℃,保溫1～2小時即可, 改善接頭設計, 減少應力集中;調節熱循環,如採用淬硬程度,降低熱應力和組織應力,提供讓氫逸出焊接接頭的機會;焊後熱處理可以消除內應力,去氫以及使淬硬牲組織回火等以消除脆性,提高韌性。
2.2.4工藝因素,所謂工藝因素主要是指焊接規范、電流種類、電孤高低和操作技巧等方面對產生氫藝的影響。
因此: (1)適當降低焊接電流Ia,使熔滴變大,比表面積減小,吸收氫、氮、氧困難,減小產生裂紋傾向。反之若電流增大,使電阻熱增大,葯皮發紅過早分解,使焊縫既無氣體保護也無冶金反應,易產生大而多的穿透性氣孔。從焊縫形狀系數φ=B/H 考慮,當焊縫寬度B不變焊接電流增大時,熔深H增大,焊縫形狀系數φ控制
在1～1.5。因此焊接電流千萬不能無原則地增加,要視具體情況按規范選擇最佳值。
(2)焊接速度Ua不宜過快。 熔池存在時間:
式中:I—電流(A);U―電孤電壓(V);Ua―焊接速度(cm/s);K―常數,與被焊材料的熱物理性質有關。
由式可知,當電孤功率不變,焊接速度Ua減小時,熔池存在時間tp增長,結晶速度減小,有利於氣泡上浮,不易產生裂紋。從提高生產率考慮,應該在提高焊接速度的同時提高焊接電流和電孤電壓,總之要使三者匹配,才能獲得速度快、質量高的焊接接頭。
2.3 脆裂:脆性破壞是材料還沒有沿剪切面滑移之前,材料已達到破壞極限,因而材科是在沒有變形的情況下產生的破壞,故稱脆性破壞。材料產生脆裂與四個因素有關:第一, 溫度降低的程度。當溫度降低時,材料變形能力減少而抗拉強度和屈服強度增加,在某種稱為臨界溫度時材料完全喪失變形能力,在某種稱為臨界溫度時材料完全喪失變形能力,轉變為脆性狀態。第二,載荷速度增加的程度。增大載入速度,也會引起屈服限的增加,而使材料變脆,塑性降低。第三,應力及應力集中的程度。在有缺口的地方產生應力集中,能夠導致脆性破壞。因為缺口處的應力集中,導致材料的破壞應力將比剪應力增加速度快,這四個因素同時作用,是產生脆性破壞的最危險狀,為了不出現脆性破壞,就要盡力阻止這個危險狀態出現。