1、Electric Welding MachineVol.53 No.1Jan.2023第 53 卷 第 1 期2023 年1 月液化裂纹敏感性评价试验方法综述彭言言1，吕晓春1，徐锴1，安洪亮1，侯永涛1，21.哈尔滨焊接研究院有限公司，黑龙江 哈尔滨 1500282.哈尔滨威尔焊接有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150060摘要：在机械装备制造业中，由焊接缺陷引起的事故频发，焊接热裂纹是典型焊接缺陷之一。液化裂纹作为热裂纹的常见形态，是由于母材受焊接热作用或多道焊的前道焊缝金属受后续焊道再热作用，局部晶界液化而导致的裂纹，易引发金属结构失效及事故，客观评价和理解材料的液化裂纹敏感性尤为重要。目
2、前已开发140多种试验方法用于评价金属材料焊件液化裂纹敏感性，其中热延性试验、程控平板拉伸试验等方法在压力容器、航天航空、石油化工等领域得到广泛应用。综述了其中适用性较广的几种方法，并总结了不同试验方法所采用的敏感性判据，主要包括温度区间和裂纹长度等。但是不同判据的适用条件有所差异，因此未来推进已有材料液化裂纹评价试验方法的优化以及判据结果的标准化研究尤为重要，这将有助于机械装备中液化裂纹的预测和防治，提高机械装备的使用寿命。关键词：热裂纹；液化裂纹；试验方法；敏感性判据；热影响区中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1001-2303（2023）01-0015-10A Rev
3、iew of Test Methods for Evaluating on Liquation Cracking SusceptibilityPENG Yanyan1,LV Xiaochun1,XU Kai1,AN Hongliang1,HOU Yongtao1,21.Harbin Welding Institute Co.,Ltd.,Harbin 150028,China2.Harbin Well Welding Co.,Ltd.,Harbin 150060,ChinaAbstract:In the machinery equipment manufacturing industry,acc
4、idents caused by welding defects occur frequently.Welding hot crack is one of the typical welding defects.As common forms of hot cracks,liquation cracks can easily lead to metal structure failures and accidents.The objective evaluation and understanding of the liquation crack susceptibility of mater
5、ials is particularly important.Liquation cracks are cracks caused by local grain boundary liquefaction due to the heat of the base metal or the reheating of the previous weld metal of the multi-pass weld.More than 140 test methods have been developed to evaluate the susceptibility of liquation crack
6、 in metal welding parts,among which thermal ductility test,programmierter verformungs test is widely used in pressure vessels,aerospace,petrochemical and other fields.In this paper,several kinds of widely-used method are reviewed,and the different test methods adopted by the susceptibility criterion
7、 have been discussed,which mainly includes temperature range and cracking length.However,the applicable conditions of different criteria are different,so it is particularly important to promote the optimization of liquation crack evaluation test of existing materials and the standardization of crite
8、rion results in the future,which will help to predict and prevent liquation cracking in machinery equipment and improve the service life of machinery and equipment.Keywords:hot crack;liquation crack;test method;susceptibility criterion;heat affected zone引用格式：彭言言，吕晓春，徐锴，等.液化裂纹敏感性评价试验方法综述 J.电焊机，2023，5
9、3（1）：15-24.Citation:PENG Yanyan,LV Xiaochun,XU Kai,et al.A Review of Test Methods for Evaluating on Liquation Cracking SusceptibilityJ.Electric Welding Machine,2023,53(1):15-24.*收稿日期：2022-06-08基金项目：中国机械总院集团技术发展基金院士专项（202110701）通信作者：彭言言（1999），女，硕士研究生，主要从事金属材料焊接性、焊接裂纹机理等研究。通信作者：吕晓春，研究员，硕士生导师，主要从事材料焊接性
10、，焊接/钎焊工艺及标准化研究。DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.032023 年0前言机械装备失效的原因除少数是结构设计以及选材不合理外，主要是产生了焊接缺陷。焊接缺陷包括气孔、未熔合、热裂纹、冷裂纹等，其中热裂纹占很大比重。热裂纹包括液化裂纹、结晶裂纹与高温失塑裂纹1，液化裂纹尺寸较小却容易成为冷裂纹、再热裂纹、脆性破坏和疲劳断裂的发源地2，在各领域都带来了严重的危害。在航天航空领域，航天发动机片叶冠顶面易产生焊接热影响区（HAZ）液化裂纹，造成飞行事故3；在日常生活中，电梯主驱动轴焊接热影响区熔合线附近由低熔共晶产物引起的液化裂纹常导致电梯事故4，因
11、此研究焊接结构的液化裂纹是非常有必要的。液化裂纹是在多层多道焊的前序焊道或热影响区固态金属内部晶界附近，在加热过程中出现化学元素低熔点组分偏析，或晶界存在低熔点共晶相并且此处晶界优先熔化，在冷却过程中，液态薄膜不足以支撑收缩应力的作用从而被拉开而产生的裂纹5。液化裂纹均为沿晶开裂，裂纹尖端较为圆钝，且尺寸很小，长度一般都在0.5 mm以下，个别可达1 mm左右6-7。影响裂纹开裂的主要因素是热与力，当二者同时达到开裂所需的临界值时则发生开裂。根据试验力的来源热裂纹试验分为自拘束试验（Self Restraint tests）和外载荷试验（Externally Loaded tests）两大类。
12、自拘束试验是通过拘束试件在焊接过程使用刚性固定来产生变形应力，外载荷试验是通过特定试验设备施加外部试验力而使试样产生应变8。总而言之，由于合金元素的偏析、低熔点共晶或晶界沉淀发生熔化，局部延性不足以支持任何强加的应变时，就会产生液化裂纹9-10，液化裂纹的存在影响了结构的完整性，制约着材料的推广应用。国内外学者已对热裂机制相关内容进行了大量研究11-12，也出现了众多评价液化裂纹敏感性的试验方法。因此，本文综述了几种常用的焊接液化裂纹敏感性评价试验方法及判据，并对液化裂纹敏感性评价试验方法的发展做出展望。1自拘束试验方法1.1十字搭接裂纹试验方法十字搭接裂纹试验方法，又名刚性十字形接头焊接裂纹
13、试验方法。该方法用于评价厚度13 mm的铝合金、高温合金、镁合金、不锈钢及船体结构用钢等钨极氩弧焊及焊条电弧焊薄板的热影响区液化裂纹敏感性。常用试样尺寸为100 mm60 mm2.5 mm，先将腹板、翼板装配并进行点焊固定，接着按照图1中顺序和方向继续焊接，冷却2 h后检查热影响区是否存在裂纹，裂纹多出现在第3道焊缝的起弧区及第4道焊区，通过焊后产生的表面裂纹率来评价液化裂纹敏感性的大小13。其试验装置如图1所示。表面裂纹率C按式（1）计算，此指数可定性评价材料液化裂纹敏感性。C=lL100%（1）式中l为4条试验焊缝裂纹长度之和；L为4条试验焊缝长度之和。十字搭接裂纹试验方法经常与其他外载荷
14、试验相结合来评价材料的焊接性。张子文等14使用十字搭接裂纹试验方法与点加热变拘束试验，焦好军等15、温斯涵等16使用十字搭接裂纹试验方法与热延性试验对Al-Mg-Si合金及铝合金等材料液化裂纹的敏感性进行了比较，使用表面裂纹率（Crack Rate，CR）、最大裂纹长度（Max Cracking Length，MCL）等作为液化裂纹敏感性评价指标，得出试验图1十字搭接裂纹试验装置及试件13Fig.1Device and specimen cross lap welding crack susceptibility test 13 16第 1 期彭言言，等：液化裂纹敏感性评价试验方法综述材料在焊
15、接时应采取的冶金与工艺措施，建立了材料脆性温度区间和焊接性的关系以及焊丝主成分和焊接性的关系。1.2焊缝金属拉伸试验焊缝金属拉伸试验（Weld Metal Tensile Test）是对取自对接焊缝中的圆形横截面（直径10 mm）熔敷金属试样施加试验力直至断裂的一种方法17。该方法通过检查断口邻近区域所有裂纹，使用微裂纹敏感性指数（Micro-crack susceptibility index，MSI）MSI（TT）定量评价材料的液化裂纹敏感性，金属拉伸试样与检查区如图2所示18。微裂纹敏感性指数（拉伸试验）MSI（TT）按式（2）计算：MSI(TT)=LMF（2）式中LMF为所有检测长度大
16、于0.1 mm的裂纹总长度。1.3纵向弯曲试验纵向弯曲试验（Longitudinal Bend Test）的试样是沿对接焊缝纵向制取，当材料在某一温度区间内所受应变超过热影响区本身的塑性变形能力时则产生液化裂纹。纵向弯曲试验是焊缝凝固后期通过弯曲施加应变来研究材料液化裂纹敏感性，是自拘束试验中常用的方法，可直接定性评价材料液化裂纹，也可使用微裂纹敏感性指数MSI（LBT）进行定量评价19-22，取样位置如图3所示。微裂纹敏感性指数（纵向弯曲试验）MSI（LBT）按式（3）计算。MSI(LBT)=LMFbl0（3）式中b为试样宽度；l0为试样原始标距。1.4小结综上，十字搭接裂纹试验多用于刚性十字形接头焊缝及热影响区液化裂纹敏感性的研究，判定液化裂纹主要是根据裂纹产生位置。在焊缝中心产生的裂纹认为是结晶裂纹，在热影响区产生的裂纹认为是液化裂纹，但在多层多道焊重热区产生的裂纹需借助显微镜进一步判定，且十字搭接裂纹试验所用试样尺寸较大，适用性不强。焊缝金属拉伸试验与纵向弯曲试验都取样于材料的对接焊缝，所用试样尺寸较小；纵向弯曲试验适用于所有电弧焊方法焊接的多道焊焊缝金属，不仅可以定性评价，还