定義：焊接冷裂紋是指焊接接頭冷卻到較低溫度下（對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)大約在 Ms 點(diǎn)，即馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度以下）時(shí)產(chǎn)生的裂紋。它是一種延遲裂紋，有的在焊后幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)。1.1形成原因：焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生多種應(yīng)力，包括熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和拘束應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于焊接時(shí)局部加熱和冷卻不均勻造成的；組織應(yīng)力是由于焊縫和熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變（如奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變）引起的體積變化產(chǎn)生的；拘束應(yīng)力是焊件受到外部拘束（如夾具夾緊、結(jié)構(gòu)自身的剛性約束等）而產(chǎn)生的應(yīng)力。這些應(yīng)力的疊加，使得焊接接頭在冷卻過(guò)程中處于較高的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)焊接接頭在低溫下的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。例如，在焊接厚壁壓力容器時(shí)，由于焊件自身的拘束度較大，焊接應(yīng)力也較大，冷裂紋的產(chǎn)生概率就相對(duì)較高。氫是導(dǎo)致焊接冷裂紋的關(guān)鍵因素之一。在焊接過(guò)程中，焊接材料中的水分、焊件表面的油污和鐵銹等都會(huì)在電弧高溫作用下分解出氫原子。氫原子的半徑很小，很容易在金屬晶格中擴(kuò)散。在焊縫冷卻過(guò)程中，氫原子會(huì)向應(yīng)力集中部位（如熔合線等）擴(kuò)散聚集，當(dāng)氫的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)結(jié)合成氫分子。氫分子的體積比氫原子大很多，會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，使金屬的局部脆化，降低金屬的韌性，從而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。比如，在一些低合金高強(qiáng)鋼焊接中，如果沒(méi)有對(duì)焊件進(jìn)行很好的預(yù)熱和脫氫處理，氫致裂紋就很容易出現(xiàn)。當(dāng)焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度過(guò)快時(shí)，容易形成馬氏體等淬硬組織。馬氏體的硬度高、塑性差。例如，在高強(qiáng)度鋼焊接中，如果焊接熱輸入過(guò)小，冷卻速度就會(huì)很快，熱影響區(qū)就會(huì)形成大量馬氏體。這些馬氏體組織在焊接應(yīng)力的作用下，很容易產(chǎn)生裂紋。因?yàn)轳R氏體的比容比奧氏體大，在馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中會(huì)伴隨著體積膨脹，這就會(huì)在周圍組織中產(chǎn)生很大的組織應(yīng)力，與熱應(yīng)力疊加后，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。淬硬組織的形成、氫的作用、焊接應(yīng)力的存在防止措施：盡可能減少焊件的外部拘束，例如在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，采用合理的接頭形式和結(jié)構(gòu)形狀，避免過(guò)大的拘束應(yīng)力。在焊接過(guò)程中，如果條件允許，可以適當(dāng)松開(kāi)夾具，減少拘束應(yīng)力。合理控制焊接電流、電壓和焊接速度等工藝參數(shù)。例如，適當(dāng)增加焊接熱輸入，可以降低焊縫的冷卻速度，減少淬硬組織的形成。但熱輸入也不能過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬過(guò)熱、晶粒粗大等問(wèn)題。同時(shí)，采用多層多道焊的方式，可以使焊縫和熱影響區(qū)的熱循環(huán)更加合理，降低焊接應(yīng)力。預(yù)熱是在焊接前對(duì)焊件進(jìn)行適當(dāng)加熱。對(duì)于易產(chǎn)生冷裂紋的材料，如某些高強(qiáng)鋼，預(yù)熱可以降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，減少淬硬組織的形成。預(yù)熱溫度一般根據(jù)焊件的材質(zhì)、厚度和拘束情況等來(lái)確定。后熱是在焊接完成后，立即對(duì)焊件進(jìn)行加熱，其主要目的是使焊縫中的氫能夠充分?jǐn)U散逸出，一般后熱溫度在 200 - 350℃左右，時(shí)間根據(jù)焊件厚度等因素確定。
應(yīng)選擇低氫型焊接材料，例如在焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，使用低氫焊條或富氬氣體保護(hù)焊用焊絲。這些焊接材料中的含水量低，能夠減少焊接過(guò)程中氫的來(lái)源。選用合適的焊接材料、預(yù)熱和后熱、控制焊接工藝參數(shù)、降低焊件拘束度。熔合線附近：熔合線是焊縫金屬和母材金屬的交界區(qū)域。在這個(gè)位置，由于化學(xué)成分和組織性能的不均勻性較為明顯，容易產(chǎn)生冷裂紋。從化學(xué)成分來(lái)看，熔合線處的合金元素分布不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致局部淬硬傾向增加。例如，在焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，熔合線處的母材部分由于熱影響，冷卻后可能形成馬氏體組織。同時(shí)，氫原子在熔合線處也容易聚集。因?yàn)槿酆暇€是焊接過(guò)程中溫度梯度較大的區(qū)域，氫原子會(huì)在濃度差的驅(qū)動(dòng)下向熔合線擴(kuò)散，當(dāng)氫含量達(dá)到一定程度，再加上熔合線處的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，就容易產(chǎn)生冷裂紋。
熱影響區(qū)“熱影響區(qū)中的粗晶區(qū)是冷裂紋的高發(fā)區(qū)域。在焊接過(guò)程中，這個(gè)區(qū)域受到的熱作用使晶粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致組織粗化。以鋼材焊接為例，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)在快速冷卻后，容易形成粗大的馬氏體組織。這種組織硬度高、塑性差，并且由于晶粒粗大，晶界面積相對(duì)減小，晶界對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻礙作用減弱。而且，熱影響區(qū)在焊接過(guò)程中同樣會(huì)受到氫的侵入，氫原子在粗晶區(qū)的晶格缺陷處聚集，與組織應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用，促使冷裂紋在熱影響區(qū)產(chǎn)生。
焊縫根部：焊縫根部是焊接接頭的關(guān)鍵部位，也容易出現(xiàn)冷裂紋。在焊接過(guò)程中，根部的焊接質(zhì)量受到多種因素的影響。例如，根部的熔透情況如果不好，會(huì)存在未焊透等缺陷，這些缺陷會(huì)造成應(yīng)力集中。同時(shí)，根部的冷卻速度可能會(huì)因?yàn)樯釛l件等因素而加快，導(dǎo)致淬硬組織的形成。而且，氫原子也容易在根部聚集，因?yàn)楹附訒r(shí)，保護(hù)氣體或者熔渣對(duì)根部的保護(hù)效果可能相對(duì)較差，外界的水分等含氫物質(zhì)容易進(jìn)入，從而增加了冷裂紋在焊縫根部出現(xiàn)的可能性。
