不銹鋼焊管焊接裂紋分析

焊接裂紋是焊接結(jié)構(gòu)制造和使用過程中極其普遍而又十分嚴(yán)重的缺欠，因此引起了世界各國的關(guān)注與重視。在焊接生產(chǎn)中由于鋼種和結(jié)構(gòu)的類型不同，可能出現(xiàn)各種裂紋。焊接裂紋的產(chǎn)生涉及因素很多，往往難以確定屬于何種裂紋，需要進(jìn)行細(xì)致的分析和判斷，得出裂紋性質(zhì)的正確結(jié)論，以便找出產(chǎn)生裂紋的原因及防止措施。

        分析焊接裂紋，需要考慮焊接接頭承受的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及外拘束應(yīng)力，但在這里不作討論。有很多學(xué)者借助有限元分析，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)焊接裂紋的起源及擴(kuò)展進(jìn)行研究。這里主要根據(jù)各類裂紋的特征，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行宏觀、微觀及斷口分析，然后作出裂紋性質(zhì)的判斷。

        一、宏觀分析

        采用宏觀分析方法確定某焊接結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)裂紋的性質(zhì)是工程上采用最多的方法。所謂宏觀分析，主要是采用放大鏡、低倍金相顯微鏡、熒光、磁粉、超聲波等檢測(cè)手段，根據(jù)材質(zhì)和焊接材料的化學(xué)成分、焊接工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的運(yùn)行工況條件，對(duì)已出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行定性的分析與判斷。宏觀分析作為一種初步的、基本的分析方法是不可缺少的。通過它可以粗略地判斷裂紋源位置及裂紋的性質(zhì)；對(duì)于長(zhǎng)裂紋還可以縮小需要深入進(jìn)行微觀分析的范圍。

         1.  宏觀分析的方法

        （1）肉眼觀察    焊接技術(shù)人員及操作者所發(fā)現(xiàn)的焊接裂紋，首先是肉眼看到的焊道上的縱向或橫向開裂。對(duì)于靠近熔合區(qū)的開裂或焊趾、焊根、焊接接頭等位置，都要細(xì)致觀察，當(dāng)肉眼觀察有困難時(shí)應(yīng)當(dāng)用放大鏡觀察。記錄下肉眼宏觀看到的裂紋長(zhǎng)度、部位及裂紋數(shù)量。

        用肉眼觀察或放大鏡檢查之后，能把焊接裂紋試樣的取樣位置確定下來。切取焊接裂紋金相試樣時(shí)，應(yīng)考慮最能暴露焊接裂紋的整個(gè)形態(tài)，還應(yīng)考慮便于分析焊接裂紋的裂紋源及焊接裂紋的完整性等。

        （2）拋光檢查    在宏觀肉眼觀察之后，在焊接接頭的某個(gè)斷面上應(yīng)當(dāng)拋光檢查焊接裂紋的形態(tài)。在接頭斷面上拋光檢查能全面暴露出裂紋本身的形態(tài)，表現(xiàn)出裂紋形貌是否有分支，是相互連接的還是斷續(xù)的，裂紋邊緣是彎曲的還是平直的，裂紋是否沿著與應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展，判斷裂紋源的位置等。在拋光面上可以清晰地顯示裂紋的形態(tài)，不致因?yàn)榻�蝕顯示后形成的各種條紋掩蓋而影響對(duì)焊接裂紋觀察的準(zhǔn)確性。

        （3）低倍金相分析    焊接接頭中的微裂紋有時(shí)用肉眼和放大鏡看不清楚，但在低倍金相顯微鏡下能明顯觀察到裂紋的產(chǎn)生部位及擴(kuò)展方向。

        焊接裂紋的宏觀分析主要是記錄裂紋在試件或工件上產(chǎn)生的部位。如用插銷試樣分析焊接裂紋時(shí)，只需要把試樣橫斷面解剖、磨光后即可觀察，不需要浸蝕就可以在拋光后的表面上清晰地顯現(xiàn)出裂紋的起止部位及裂紋走向。

        2.  焊接裂紋宏觀特征

        （1）裂紋產(chǎn)生的位置    焊接裂紋產(chǎn)生的位置及裂紋本身的形態(tài)在一定程度上決定了裂紋的類型，如圖1所示。首先應(yīng)弄清裂紋是產(chǎn)生在焊縫、熱影響區(qū)還是母材上。焊縫上可能產(chǎn)生各種熱裂紋、冷裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋，但不會(huì)出現(xiàn)再熱裂紋和層狀撕裂。熱影響區(qū)產(chǎn)生的裂紋主要是冷裂紋，也有高溫液化裂紋以及各種腐蝕裂紋，但不會(huì)產(chǎn)生焊縫上特有的結(jié)晶裂紋。母材上一般只可能產(chǎn)生層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋。

 （2）裂紋的外觀形態(tài)和走向    在焊件表面露頭的熱裂紋常有氧化色彩，而冷裂紋斷面則有金屬光澤。從表面觀察熱影響區(qū)的冷裂紋多呈縱向，焊縫上的冷裂紋多呈橫向，但多層焊的打底焊道在焊根處產(chǎn)生的冷裂紋也常貫穿焊縫截面，從焊縫正面看，裂紋在焊縫上呈縱向。結(jié)晶裂紋總是位于焊縫柱狀晶的交匯面上，或者在焊縫的正中，裂紋呈縱向分布；或者呈較小的短彎曲狀，分布在焊縫中心線兩側(cè)，垂直于焊波的紋路。呈表面龜裂狀的裂紋則可能是應(yīng)力腐蝕裂紋。

        二、微觀分析

        用宏觀分析方法無法得出肯定的結(jié)論時(shí)，就需要采用微觀分析方法進(jìn)行深入的分析。通過對(duì)焊接裂紋區(qū)及其附近的顯微組織、化學(xué)成分、夾雜等的檢查，可判斷出裂紋起始的部位及擴(kuò)展的路徑，定性判斷出裂紋部位的受力大小及焊接質(zhì)量等。利用微觀分析手段觀察組織和裂紋特征，基本上就可以確定裂紋的性質(zhì)。

        1.  微觀分析方法

        一般采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、電子探針和俄歇能譜等手段來觀察和分析裂紋的特征、起源及擴(kuò)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微觀分析的測(cè)試手段也在不斷完善，例如：利用掃描電鏡能譜分析或電子探針分析微區(qū)元素及其濃度。這對(duì)于鑒別斷裂處的某元素濃度、非金屬夾雜物、腐蝕產(chǎn)物或氧化膜等是非常有效的。對(duì)于一些大型結(jié)構(gòu)，為了不破壞失效的構(gòu)件，可采用復(fù)型金相和膠膜金相，在顯微鏡下觀察金相組織復(fù)型和斷口復(fù)型。這種方法不受構(gòu)件大小、觀察部位及斷口凹凸不平的限制。另外，顯微組織觀察常常不是單一進(jìn)行的，有時(shí)要配合硬度、夾雜物分布的測(cè)定工作。

        在微觀上，裂紋源區(qū)一般均是焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，如焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)、焊接結(jié)構(gòu)的表面或次表面及應(yīng)力集中處和材料缺陷處。對(duì)于一條主裂紋，由粗到細(xì)的形態(tài)就是裂紋的擴(kuò)展過程。當(dāng)存在放射狀微裂紋時(shí)，其收斂點(diǎn)位置即為裂紋源。 焊接裂紋的擴(kuò)展途徑有沿晶、穿晶和沿晶與穿晶混合三種。

        為了分析裂紋的起源及擴(kuò)展路徑，將含裂紋部分切下來，通過逐層拋光、侵蝕的方法來研究裂紋的立體形貌及與組織的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有時(shí)需要采用晶界浸蝕劑浸蝕試樣，分析裂紋的具體部位、起源及擴(kuò)展路徑，確定裂紋是穿晶、沿晶還是穿晶和沿晶混合擴(kuò)展的。裂紋與顯微組織的分析不僅要垂直于焊道取樣，也要平行于焊道取樣。

        顯微組織與焊接裂紋產(chǎn)生的關(guān)系是極為重要的，焊接過熱粗晶區(qū)容易產(chǎn)生延遲裂紋，這是由于粗大晶粒內(nèi)部的粗晶馬氏體組織的顯微硬度較高。顯微組織分析注重組織與裂紋間的關(guān)系，在顯示組織時(shí)必須要使它真實(shí)、清楚。浸蝕劑應(yīng)選用適當(dāng)，浸蝕條件準(zhǔn)確，不能過深或過淺。裂紋在浸蝕劑的顯示下不能使其因浸蝕而失真，影響裂紋本身的形貌。浸蝕時(shí)間要適當(dāng)掌握，尤其不能太長(zhǎng)；浸蝕劑強(qiáng)度不可太大，裂紋內(nèi)部的浸蝕劑應(yīng)沖洗徹底，并在熱吹風(fēng)機(jī)下迅速處理干凈。焊接裂紋試樣要在較長(zhǎng)時(shí)間、較高溫度下清除裂紋內(nèi)殘存的浸蝕劑后，立即在顯微鏡下進(jìn)行觀察，把組織與裂紋的關(guān)系拍攝下來。裂紋試樣不要長(zhǎng)時(shí)間放置。

        2.    焊接裂紋微觀特征

        （1）熱裂紋    對(duì)于低碳鋼、強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金鋼、鎳基合金、不銹鋼、鋁合金等，熱裂紋主要出現(xiàn)在焊縫，并且具有沿晶的特征，有時(shí)還帶有氧化的色彩。如果某結(jié)構(gòu)出現(xiàn)具有上述特征的裂紋，就可以判斷為熱裂紋，如圖2所示為鎳基合金熱裂紋形貌。有時(shí)熱裂紋也出現(xiàn)在近縫區(qū)，但具有上述的特征，所以仍可以作出判斷。結(jié)晶裂紋與沿奧氏體晶界的先共析鐵素體中的低熔點(diǎn)非金屬夾雜物有關(guān)，這些夾雜物一般與結(jié)晶裂紋連在一起，起著誘發(fā)結(jié)晶裂紋的作用。

 （2）冷裂紋    這種裂紋主要出現(xiàn)在低合金高強(qiáng)度鋼、中、高碳鋼的焊接熱影響區(qū)，同時(shí)與粗晶淬硬組織有密切關(guān)系。裂紋的走向有時(shí)穿晶，有時(shí)沿晶，根據(jù)材質(zhì)、氫和受力的狀態(tài)而定。

        對(duì)于某些強(qiáng)度級(jí)別較高的高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，冷裂紋有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫上。如在多層焊時(shí)，由于層間溫度偏低和氫的聚集，冷裂紋也可能出現(xiàn)在焊縫。這時(shí)僅用一般顯微鏡觀察有時(shí)難以定論，必須用其他更高級(jí)的測(cè)試手段，如斷口分析、探針和透射電鏡等。

        （3）再熱裂紋　這種裂紋的特征是明顯的，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：再熱裂紋發(fā)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，并且具有晶間開裂的特征；含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬材料才具有產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性；與再熱溫度和再熱時(shí)間有關(guān)，存在一個(gè)最易產(chǎn)生再熱裂紋的敏感溫度區(qū)；進(jìn)行消除應(yīng)力處理之前，焊接區(qū)存在有較大的殘余應(yīng)力，并有不同程度的應(yīng)力集中。除了這四個(gè)主要特征之外，再熱裂紋的金相組織和裂紋走向都有明顯的特征。這種裂紋主要是沿過熱粗晶的邊界發(fā)生和擴(kuò)展，如再配合熱處理前后的檢測(cè)試驗(yàn)，很容易作出判斷。

        （4）層狀撕裂    在一般光學(xué)顯微鏡下觀察，很容易對(duì)層狀撕裂作出判斷，因?yàn)樗�的階梯狀特征極為明顯，裂紋在夾雜物處萌生，并沿夾雜物呈梯形擴(kuò)展，裂紋方向與母材的軋制方向一致，并從母材帶狀組織中穿過鐵素體晶粒。相鄰兩條裂紋的首尾，由直立的焊縫連通起來，形成臺(tái)階狀。也有些情況下，階梯狀特征不明顯，這時(shí)要配合夾雜物分析和斷口分析。

        （5）應(yīng)力腐蝕裂紋    這種裂紋的特征更為明顯，幾乎只在顯微鏡下觀察即可作出判斷。從焊縫外觀看，無明顯的均勻腐蝕痕跡，所觀察到的應(yīng)力腐蝕裂紋呈龜裂形式，斷斷續(xù)續(xù)，而且近似橫向的裂紋占多數(shù)。

        最后應(yīng)當(dāng)指出，某種材料在某種焊接工藝條件下，具有產(chǎn)生多種裂紋的可能，所以常在同一條裂紋上或在相近的部位產(chǎn)生不同性質(zhì)的裂紋。有時(shí)在熱裂紋或冷裂紋的基礎(chǔ)上發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕裂紋或?qū)訝钏毫训�，如圖3所示為起源于焊接熱裂紋上的應(yīng)力腐蝕裂紋。因此需要作細(xì)致的分析，才能得出正確的判斷。

三、斷囗分析

        1.  裂紋斷開與斷口分析

        （1）裂紋的斷開與斷口切取    在對(duì)裂紋斷口分析前，必須人為地將裂紋斷開，以獲得需要的裂紋斷口。有時(shí)為了實(shí)驗(yàn)室觀察的需要，還要對(duì)斷口進(jìn)行選取，并切取斷口。

        在斷開裂紋前，應(yīng)做好相關(guān)的記錄、測(cè)量和照相，特別是裂紋與相關(guān)結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置和表面的痕跡特征等，以保證裂紋斷開后，仍能準(zhǔn)確確定裂紋的位置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力狀態(tài)等。

        斷開裂紋時(shí)，需注意保持?jǐn)嗝娴脑�始形貌特征不受到機(jī)械的和化學(xué)的損傷；斷口及其附近區(qū)域的材料顯微組織不能因?yàn)槭軣岚l(fā)生變化。具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)裂紋的位置及擴(kuò)展方向來選擇人為施力點(diǎn)，使試件沿裂紋擴(kuò)展方向受力，使裂紋張開形成斷口，而不會(huì)在斷開過程中損傷斷面。常用的裂紋斷開方法有三點(diǎn)彎曲法、沖擊法、壓力法和拉伸法等。斷開裂紋時(shí)，最好采用一次性快速斷開方法，而不用重復(fù)的、交變的或分階段處理的方法，以免斷開時(shí)在斷面上形成的特征與原始斷裂特征混淆。對(duì)大型焊接結(jié)構(gòu)件，如鍋爐、飛機(jī)等，為便于運(yùn)輸和深入地觀察分析，需將大型試件切割成小試樣。常用的切割方法有砂輪切割、火焰切割、線切割和鋸削等，對(duì)會(huì)產(chǎn)生高溫的切割，切割位置應(yīng)與裂紋保持一定的距離，并用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行冷卻，以防止裂紋附近的材料組織、性能因受熱發(fā)生變化，斷面特征產(chǎn)生化學(xué)損傷。

        裂紋斷口分析與斷裂面斷口分析的技術(shù)和方法均相同，適用于斷裂面斷口分析的方法和手段在裂紋斷口分析中均可應(yīng)用；兩者的形貌特征和規(guī)律也相同。因此裂紋的斷口分析技術(shù)和方法可參考一般金屬斷裂面斷口分析。

        （2）金屬斷口分析方法    金屬斷口分析通常分為宏觀斷口分析和微觀斷口分析兩種方法。宏觀斷口分析反映了金屬斷口的全貌，微觀斷口分析則揭示了金屬斷裂的本質(zhì)，這兩種分析方法具有不同的特點(diǎn)，應(yīng)配合起來進(jìn)行具體分析。

        對(duì)金屬斷口進(jìn)行宏觀分析時(shí)，一般先用肉眼或低倍放大鏡觀察整個(gè)斷口區(qū)域的概貌，然后再選擇要對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察的部位，并逐漸增大放大倍數(shù)，以便仔細(xì)觀察斷口結(jié)構(gòu)。通過宏觀斷口分析，大體上可以判斷出金屬斷裂的類型（脆性斷裂、韌性斷裂或疲勞斷裂），同時(shí)也可以找出裂紋源的位置和裂紋擴(kuò)展的路徑。

        微觀斷口分析是指利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等儀器設(shè)備對(duì)斷口進(jìn)行微觀觀察和分析。掃描電鏡具有視野廣、景深好、放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適用分析各類裂紋的性質(zhì)。

        另外，在斷口分析時(shí)，依據(jù)斷口上所殘留的特殊產(chǎn)物，可確定致斷的原因。目前斷口產(chǎn)物的分析分為成分分析和相結(jié)構(gòu)分析兩個(gè)方面。成分分析常采用X射線熒光分析、光譜分析、質(zhì)譜分析、電子探針、俄歇能譜儀、光電子譜儀等手段進(jìn)行；產(chǎn)物的相結(jié)構(gòu)分析常采用X射線衍射儀、電子衍射、高分辨率電子顯微鏡、場(chǎng)離子電子顯微鏡等方法。

        2.  斷裂形式及斷口形態(tài)

        金屬材料的斷裂形式很多，因而斷口的形態(tài)也很復(fù)雜，如圖4所示。這里主要介紹與焊接裂紋有關(guān)的斷裂形式及斷口形態(tài)，把各類裂紋中常見的韌窩斷裂、解理斷裂、準(zhǔn)解理斷裂、沿晶斷裂和氫致準(zhǔn)解理斷裂作簡(jiǎn)要介紹，其典型斷口形貌如圖5所示。

（1）韌窩斷裂（Dimple Rupture，DR）    韌窩斷裂是金屬在外力作用下，隨著塑性變形的產(chǎn)生便形成顯微空穴，或在析出物、夾雜物的顆粒上形成微孔，隨應(yīng)力的增大，微孔逐漸長(zhǎng)大，直至斷裂。在斷口的表面上出現(xiàn)多個(gè)凹凸不平的小坑，即所謂韌窩（圖5a）。根據(jù)受力狀態(tài)及材質(zhì)的變形方式不同，韌窩可分為三種類型：等軸韌窩、剪切韌窩和撕裂韌窩。

        （2）解理斷裂（Cleavage Fracture，CF）    解理斷裂是金屬在正應(yīng)力作用下，由于晶內(nèi)原子間的結(jié)合鍵破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定嚴(yán)格的晶面（解理面）發(fā)生，如體心立方晶格主要沿（100）晶面發(fā)生。一般來說，解理斷裂是脆性斷裂，但并不是絕對(duì)如此。解理斷裂通常只在體心立方晶格和密排六方晶格的金屬中發(fā)生，而面心立方晶格的金屬一般不發(fā)生解理斷裂。

        由于材質(zhì)和受力狀態(tài)的不同，解理斷裂的斷口形態(tài)也多種多樣，如解理臺(tái)階、河流花樣、舌狀花樣、扇形花樣等，其典型形貌如圖5b所示。

        （3）準(zhǔn)解理斷裂（Quasi��Cleavage fracture，QC）    其斷口形貌類似于解理斷裂但又有區(qū)別，故稱準(zhǔn)解理斷裂。準(zhǔn)解理斷裂與解理斷裂一樣，都是穿晶型的斷裂，除具有脆性斷口的特征之外，還有明顯塑性變形的撕裂棱，如圖5c所示。撕裂棱是由許多單獨(dú)形核的微裂紋相互連接匯合而成，形成的過程如圖6所示。準(zhǔn)解理斷口的特征是短程的河流狀花樣，常在局部地區(qū)形成裂紋，又在該地區(qū)短程擴(kuò)展，形成大量短而彎曲的撕裂棱。有時(shí)在短程河流花樣之間出現(xiàn)二次裂紋。

（4）沿晶斷裂（Intergranular Fracture，IG）   沿晶斷裂是沿多晶體的晶粒界面彼此分離的一種開裂形式。晶界常常是雜質(zhì)和合金元素偏析的地方，甚至形成連續(xù)的薄膜而導(dǎo)致脆化，再加上應(yīng)力、環(huán)境和溫度等外來因素，如三向應(yīng)力、氫脆、應(yīng)力腐蝕和熱失塑等使晶界的結(jié)合力大為減弱，從而產(chǎn)生沿晶斷裂。

        沿晶斷裂一般多為脆性斷裂，微觀斷口反映了晶粒多面體特征，其形貌具有典型的冰糖狀，宏觀上斷口平齊，無明顯塑性變形，表面呈晶粒狀，如圖5d所示。此種斷口的形成，一方面因晶內(nèi)強(qiáng)度較高不易滑移，應(yīng)變易集中于晶界；另一方面，晶界又由于雜質(zhì)元素或氫在晶界的積聚等各種原因?qū)е碌拇嗷�，不能承受塑性變形而開裂。

        對(duì)于某些金屬材料（如鋁合金）的沿晶斷裂，還表現(xiàn)出較大的塑性，其斷口除呈現(xiàn)沿晶斷裂的特征之外，還有韌窩，故稱為韌窩沿晶斷裂。

        （5）氫致準(zhǔn)解理斷裂（Quasi��Cleavage Fracture of Hydrogen Embrittlement，QCHE）    氫致準(zhǔn)解理斷裂是由氫引起脆化而導(dǎo)致開裂的。其斷口根據(jù)含氫量的多少，出現(xiàn)沿晶、準(zhǔn)解理、韌窩等類型，但大多數(shù)情況下以準(zhǔn)解理為主。氫脆斷裂的主裂紋面為（110），而解理面為（100）。兩種開裂途徑相匯合時(shí)，便形成了峰谷狀的起伏花樣。根據(jù)含氫量的多少和受力狀態(tài)，裂紋的擴(kuò)展途徑可分為三種，即沿板條邊界、橫切板條和沿原奧氏體晶界。

        以上簡(jiǎn)要介紹了焊接裂紋中常遇到的幾種斷口形貌。實(shí)際上還有更多類型的斷口形貌，如疲勞斷裂、液膜斷裂等。由于多種因素的影響，在一個(gè)斷口上常出現(xiàn)幾種不同的混合斷口形貌（DR+QC+IG），這一點(diǎn)在斷口分析時(shí)應(yīng)特別注意。

        3.  焊接裂紋的斷口形貌

        （1）熱裂紋斷口形貌    焊接熱裂紋包括結(jié)晶裂紋、液化裂紋和高溫失塑裂紋。裂紋斷口均為沿晶斷裂，如圖7所示。結(jié)晶裂紋的斷口形態(tài)隨著溫度降低，斷口形態(tài)逐漸平坦，可看到平行于柱狀晶的殘留液體痕跡。用電子探針對(duì)該區(qū)進(jìn)行分析表明，該區(qū)多為碳化物、硫化物、磷化物等低熔點(diǎn)共晶物，如圖8所示。焊縫中除出現(xiàn)熱裂紋外，還有近縫區(qū)低熔點(diǎn)共晶引起的微裂紋和熱影響區(qū)液化裂紋。從斷口特征來看，都具有液狀薄膜，游動(dòng)于晶粒之間，當(dāng)受力時(shí)還產(chǎn)生類似云霧狀的塑性變形。

  實(shí)際上，由于結(jié)晶裂紋形成時(shí)，晶界面上有連續(xù)液層，而裂紋形成后如拉伸應(yīng)變持續(xù)增長(zhǎng)，裂紋就會(huì)向晶間液層稍厚（即溫度較高）的區(qū)域以及晶間液層少而不連續(xù)（即溫度較低）的區(qū)域擴(kuò)展。因此結(jié)晶裂紋斷口的全貌是由具有不同特點(diǎn)的三個(gè)典型區(qū)域構(gòu)成的，根據(jù)日本學(xué)者松田、中川等對(duì)凝固裂紋斷口的劃分，這三個(gè)典型區(qū)域分別是樹枝狀斷口區(qū)（D區(qū)）、平坦?fàn)顢嗫趨^(qū)（F區(qū)）及它們之間的樹枝狀與平坦?fàn)罱M成的混合斷口區(qū)（D+F區(qū)），如圖9所示。

  裂紋表面的高溫區(qū)是焊縫后結(jié)晶區(qū)，該區(qū)的濃度過冷度較大，樹枝晶結(jié)構(gòu)較發(fā)達(dá)，而開裂時(shí)晶間液層又較厚，所以由斷口上可以看到開裂后液相繼續(xù)沿生長(zhǎng)著的樹枝晶凝固的情況。這一區(qū)域表面凹凸不平，樹枝晶結(jié)構(gòu)明顯，稱為樹枝狀斷口區(qū)（圖9a）。

        裂紋表面的高溫—低溫中間區(qū)，在開裂時(shí)固相晶粒之間只有極薄的液層。這一區(qū)域的濃度過冷略低于焊縫后結(jié)晶區(qū)，樹枝晶結(jié)構(gòu)不甚發(fā)達(dá)而往往具有晶胞樹枝晶結(jié)構(gòu)。不甚發(fā)達(dá)的二次晶軸間薄薄的液層，在開裂后立即凝固于晶粒表面，因而這一區(qū)域裂紋斷口表面也有凹凸不平的特點(diǎn)，但晶粒表面卻相當(dāng)平整光滑，稱樹枝狀與平坦?fàn)罨旌蠑嗫趨^(qū)（圖9b）。

        裂紋表面的低溫區(qū)是焊縫先結(jié)晶區(qū)。這一區(qū)域晶體生長(zhǎng)時(shí)二次晶軸不發(fā)達(dá)，晶體多為由平面晶生長(zhǎng)形成或由晶胞束構(gòu)成的柱狀晶，柱狀晶界面之間較平直。在開裂時(shí)這一區(qū)域結(jié)晶已基本完成，晶界面上只有少量分散存在的液相。此時(shí)晶間強(qiáng)度仍不夠高，在拉伸應(yīng)變作用下仍易開裂，但裂紋平面較平坦，稱為平坦?fàn)顢嗫趨^(qū)（圖9c）。

        由于液化裂紋的形成與低熔點(diǎn)共晶間相的重熔液化或組分液化形成的晶間液膜有直接關(guān)系，所以液化裂紋的斷口上有開裂后液相沿晶界面凝固的痕跡。由于熱影響區(qū)晶界液化所形成的液相往往與基體成分相差很大，也不易形成很厚的液層，而且原奧氏體晶界面一般較平坦，所以液化裂紋斷口上不易出現(xiàn)發(fā)達(dá)的樹枝晶結(jié)構(gòu)，而常常能觀察到的各種共晶在晶界面上凝固的典型形態(tài)。

        高溫失塑裂紋斷口亦呈晶界斷裂形貌，與凝固裂紋斷口中混合區(qū)相似，但無液相存在的痕跡。低倍下的高溫失塑裂紋的斷口平坦，可有較銳利的棱線，在較高的倍數(shù)下，可以看到裂紋表面上有塑性變形帶及變形帶內(nèi)的韌窩狀斷口痕跡。

        （2）冷裂紋斷口形貌    冷裂紋斷口形態(tài)比較復(fù)雜。它隨金屬材料的性能、強(qiáng)度、含氫量、拘束條件和焊接工藝變化。開裂的途徑既有穿晶，也有沿晶，以及兩種的混合。一般低合金高強(qiáng)度鋼熱影響區(qū)冷裂紋的斷口形態(tài)主要有準(zhǔn)解理（QC）、沿晶（IG）和少量韌窩（DR）。

        焊接冷裂一般具有延遲的特征，因此冷裂的斷裂也是分階段進(jìn)行的，冷裂紋的斷口形態(tài)可分為三個(gè)特征區(qū)，即啟裂區(qū)、擴(kuò)展區(qū)（放射區(qū)）和終斷區(qū)，與此對(duì)應(yīng)的斷口形貌也發(fā)生相應(yīng)的變化。插銷試驗(yàn)時(shí)，某些低合金鋼焊接冷裂紋的啟裂、擴(kuò)展和最終斷裂三個(gè)區(qū)的斷口特征可歸納如圖10所示。