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焊接冷裂紋成因
文/楊柳
冷裂紋是焊接生產中較為普遍的一種裂紋，它是在焊后冷卻至較低溫度時產生的，對于低碳鋼，大約在馬氏體轉變溫度附近。冷裂紋形成的三要素分別為鋼種淬硬傾向、焊縫中的氫含量及其分布、焊接接頭應力狀態。
一、淬硬傾向
鋼材的淬硬傾向主要取決于其化學成分和冷卻條件。鋼材的淬硬傾向越大，焊接時越容易產生冷裂紋。因為淬硬傾向越大，意味著焊接受熱時會產生更多的馬氏體組織，而馬氏體變形能力低容易發生脆性斷裂。而焊接接頭的淬硬傾向，除了化學成分、冷卻條件之外，還與焊接工藝、結構板厚有關。
其中，化學成分對鋼材淬硬傾向的影響，可以用碳當量法[2]粗略估計，如下：
CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
例如，對于厚度小于20mm的鋼板，當CE<0.4%時淬硬傾向不大。
淬硬傾向大的金屬在熱力不平衡的條件下會形成大量的晶格缺陷，在應力和熱力不平衡的條件下，會形成裂紋源乃至擴展形成宏觀裂紋。
如果焊縫和熱影響區中有氫存在，會降低其韌性，產生氫脆。而高碳馬氏體淬硬組織對氫脆敏感性很強，冷裂紋敏感。在焊接中常用熱影響區的最高硬度來評定某些高強鋼的淬硬傾向。
二、氫
氫是引起高強鋼焊接時形成冷裂紋的重要因素之一，并且使之具有延遲的特征，通常把氫引起的延遲裂紋稱為“氫致裂紋”或“氫誘發裂紋”。之所以會有“延遲”，是因為氫在鋼中的擴散、在微觀缺陷處聚集、產生應力，直至開裂紋都需要一定的時間。
高強鋼焊接接頭的氫含量越高，裂紋敏感性越大，當氫含量大于某一臨界值時，便會開始出現裂紋，臨界值大小因具體而異。
焊接熱影響區中氫的濃度足夠高時，會其中的馬氏體組織（若有）進一步脆化，進而形成裂紋。
三、應力狀態
高強鋼焊接時冷裂紋的產生不僅取決于鋼的淬硬傾向、氫的有害作用，還取決于焊接接接頭的應力狀態，有時應力狀態甚至起決定性作用。焊接接頭的熱應力（不均勻加熱和冷卻）、相變應力（相變時組織的體積變化）及結構形式、焊接順序等都會形成拘束力。
上述形成冷裂紋的三要素，各有其內在規律，但又相互影響。總的來說，熱影響區和焊縫金屬的淬硬傾向是產生裂紋的內在因素，而只有當鋼中有淬硬組織形成時，氫才能發揮其誘發裂紋的有害作用。
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