焊接冷裂纹产生的原因

冷裂纹是焊接生产中较常见的裂纹类型，当焊缝冷却至较低温度时，对于低合金高强度钢，在马氏体转变温度附近，就会发生冷裂纹。冷裂纹形成的三要素是钢材的硬化倾向、焊缝的氢含量及其分布、焊接接头的应力状态。

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一、硬化倾向

钢的硬化倾向主要取决于其化学成分和冷却条件。钢材的硬化倾向越大，焊接时越容易产生冷裂纹。因为硬化倾向越大，意味着焊缝受热时会产生较多的马氏体组织，而马氏体变形能力低，容易发生脆性断裂。焊接接头的硬化倾向，除与化学成分、冷却条件有关外，还与焊接工艺、板材的结构厚度有关。

其中，化学成分对钢硬化倾向的影响可以采用碳当量法粗略估计[2]，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，硬化趋势不显着。

硬化倾向大的金属在热不平衡的情况下会形成大量的晶格缺陷，在应力和热不平衡的情况下会形成裂纹源，甚至扩展形成宏观裂纹。

若焊缝及热影响区存在氢，会降低其韧性并产生氢脆。高碳马氏体硬化组织对氢脆和冷裂纹敏感性非常敏感。焊接中常用热影响区最大硬度来评定某些高强度钢的硬化倾向。

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二、氢气

氢是引起高强钢焊接冷裂纹形成的重要因素之一，并使其具有延迟特性，通常将氢致延迟裂纹称为“氢致裂纹”或“氢致裂纹” 。造成“延迟”的原因是氢在钢中扩散、在微观缺陷处聚集、产生应力、产生裂纹需要一定的时间。

高强钢焊接接头中氢含量越高，开裂敏感性越大，当氢含量大于某一临界值时，就会开始出现裂纹，临界值的大小因情况而异案件。

当焊接热影响区的氢浓度足够高时，马氏体组织（如果有的话）会进一步脆化，从而形成裂纹。

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三、应激状态

高强度钢焊接冷裂纹不仅取决于钢材的硬化倾向、氢的有害作用，还取决于焊接接头的应力状态，有时应力状态甚至起决定性作用。焊接接头的热应力（加热和冷却不均匀）、相变应力（相变过程中组织的体积变化）以及焊接接头的组织形式、焊接顺序等均可形成约束力。

上述冷裂形成的三个要素，各有其内在规律，又相互影响。一般情况下，焊缝金属的热影响区和硬化倾向是产生裂纹的内在因素，而氢只有在钢中形成硬化组织时才能发挥其诱发裂纹的有害作用。