焊接裂紋的處理

1、第五章 焊接裂紋1第五第五章章焊接裂紋焊接裂紋第五章 焊接裂紋2第一節(jié)概述第二節(jié)焊接熱裂紋第三節(jié)焊接冷裂紋第四節(jié)再熱裂紋第五節(jié)層狀撕裂第六節(jié)應(yīng)力腐蝕裂紋第七節(jié)焊接裂紋綜合分析和判斷第五章第五章 焊接裂紋焊接裂紋第五章 焊接裂紋3重點(diǎn)內(nèi)容1、裂紋的分類(lèi)用一般特征2、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理、影響因素，及其防冶措施3、焊接冷裂紋的形成機(jī)理，4、應(yīng)力腐蝕裂紋形成機(jī)理、層狀撕裂產(chǎn)生原因及防止、焊接裂紋綜合分析及判斷，各種裂紋斷口形貌特征。第五章 焊接裂紋45-15-1概述概述 一、危害性一、危害性 焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋輕者需要返修，浪費(fèi)人力、物力、時(shí)間，重者造成焊接結(jié)構(gòu)報(bào)廢，無(wú)法修補(bǔ)。更嚴(yán)重者造成事故、人身傷亡

2、。如1969年有一艘5萬(wàn)噸的礦石運(yùn)輸船在太平洋上航行時(shí)，斷裂成兩段而沉沒(méi)，在壓力容器破壞事故中，有很多都是由于焊接裂紋造成。因此，解決研究焊接裂紋已成為當(dāng)前主要課題。第五章 焊接裂紋5二、種類(lèi)二、種類(lèi)各種不同類(lèi)型的裂紋各種不同類(lèi)型的裂紋焊縫中縱向裂紋焊縫中縱向裂紋焊縫上橫向裂紋焊縫上橫向裂紋熱影響區(qū)縱向裂紋熱影響區(qū)縱向裂紋熱影響區(qū)橫向裂紋熱影響區(qū)橫向裂紋火口（弧坑）裂紋火口（弧坑）裂紋焊道下裂紋焊道下裂紋焊縫內(nèi)部晶間裂紋焊縫內(nèi)部晶間裂紋焊趾裂紋焊趾裂紋熱影響區(qū)焊縫貫穿裂紋熱影響區(qū)焊縫貫穿裂紋焊縫根部裂紋焊縫根部裂紋第五章 焊接裂紋6第五章 焊接裂紋7 分類(lèi)分類(lèi): : 1 1、 按裂紋分布的走向

3、分按裂紋分布的走向分 縱向裂紋2 2、 按裂紋發(fā)生部位分按裂紋發(fā)生部位分 橫向裂紋 縱向裂紋 星形（弧形裂紋）焊縫金屬中裂紋 熱影響區(qū)中裂紋焊縫熱影響區(qū)貫穿裂紋第五章 焊接裂紋83 3 、按產(chǎn)生本質(zhì)分類(lèi)、按產(chǎn)生本質(zhì)分類(lèi)1 1）、）、熱裂紋熱裂紋 （高溫裂紋）（高溫裂紋）產(chǎn)生：產(chǎn)生：熱裂紋(高溫裂紋)高溫下產(chǎn)生存在部位存在部位：焊縫為主,熱影響區(qū)特征：特征：宏觀看, 沿焊縫的軸向成縱向分布（連續(xù)或繼續(xù)）也可看到縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無(wú)光澤，微觀看，沿晶粒邊界（包括亞晶界）分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì)第五章 焊接裂紋91) 1)、熱裂紋分類(lèi)、熱裂紋分類(lèi)結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋：在凝固的過(guò)程-

4、結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生高溫液化裂紋高溫液化裂紋：在高溫下產(chǎn)生,鋼材或多層焊的層間金屬含有低熔點(diǎn)化合物經(jīng)重新溶化，在收縮應(yīng)力作用下,沿奧氏體晶間發(fā)生開(kāi)裂多邊化裂紋多邊化裂紋：產(chǎn)生溫度低于固相線溫度,存在晶格缺陷(位錯(cuò)和空位),物理化學(xué)的不均勻性,在應(yīng)力作用下,缺陷聚集形成多邊化邊界,使強(qiáng)度塑性下降,沿多邊化邊界開(kāi)裂,多發(fā)生純金屬或單相奧氏體合金焊縫。第五章 焊接裂紋10HAZ液化裂紋晶間裂紋多邊化裂紋第五章 焊接裂紋11第五章 焊接裂紋122 2）、再熱裂紋）、再熱裂紋（消除應(yīng)力處理裂紋）（消除應(yīng)力處理裂紋） 由于重新加熱（熱處理）過(guò)程中產(chǎn)生稱(chēng)再熱裂紋消除應(yīng)力處理裂紋。第五章 焊接裂紋13第五章 焊接裂

5、紋143 3）、冷裂紋）、冷裂紋產(chǎn)生產(chǎn)生溫度溫度：溫度區(qū)間在+100-75之間 存在存在部位部位: :多在熱影響區(qū),但也有發(fā)生在焊縫。特征（斷口）：特征（斷口）：宏觀斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性斷裂特征。微觀看：微觀看：晶間斷裂，但也可穿晶（晶內(nèi)）斷裂，也可晶間和穿晶混合斷裂。第五章 焊接裂紋15冷裂紋分類(lèi)：冷裂紋分類(lèi)：延遲裂紋延遲裂紋：特點(diǎn)不在焊后立即出現(xiàn)，有一段孕育期產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象稱(chēng)延遲裂紋。淬硬脆化裂紋淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）（淬火裂紋）：淬硬傾向大的組織易產(chǎn)生這種裂紋（與氫含量關(guān)系不大）。 低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋：在比較低的溫度下，由于收縮應(yīng)變超過(guò)了材料本身的塑性儲(chǔ)備產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)低

6、塑性脆化裂紋。第五章 焊接裂紋16延遲裂紋第五章 焊接裂紋17 4 4）、層狀撕裂）、層狀撕裂： 由于軋制母材內(nèi)部存在有分層的夾雜物(特別是硫化物夾雜物）和焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向的應(yīng)力，使熱影響區(qū)附近地方產(chǎn)生呈“臺(tái)階”狀的層狀斷裂并有穿晶發(fā)展。 第五章 焊接裂紋18 5 5）、應(yīng)力腐蝕裂紋：）、應(yīng)力腐蝕裂紋： 金屬材料在某些特定介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的延遲破裂現(xiàn)象，稱(chēng)應(yīng)力腐蝕裂紋。 第五章 焊接裂紋19三三、熱裂紋與冷裂紋的基本特點(diǎn)、熱裂紋與冷裂紋的基本特點(diǎn) 裂紋裂紋 熱裂紋熱裂紋 冷裂紋冷裂紋 產(chǎn)生溫度 高溫下產(chǎn)生 低溫下產(chǎn)生 宏觀特征沿焊縫的軸向成縱向分布,也有橫向分布，裂口均有氧

7、化色彩表面無(wú)光澤 斷口具有發(fā)亮的金屬光澤微觀特征沿晶粒邊界分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì) 晶間斷裂，也有穿晶內(nèi)斷裂，也有晶間和穿晶混合斷裂 產(chǎn)生部位 焊縫、熱影響區(qū) 熱影響區(qū)、焊縫本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋205-2 5-2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋 一、結(jié)晶裂紋一、結(jié)晶裂紋 1 1、 產(chǎn)生機(jī)理產(chǎn)生機(jī)理 1 1）產(chǎn)生部位）產(chǎn)生部位：結(jié)晶裂紋大部分都沿焊縫樹(shù)枝狀結(jié)晶的交界處發(fā)生和發(fā)展的，常見(jiàn)沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開(kāi)裂即縱向裂紋，有時(shí)焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹(shù)枝狀晶體之間。對(duì)于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、鋁合金、結(jié)晶裂紋主要發(fā)生在焊縫上某些高強(qiáng)鋼，含雜質(zhì)較多的鋼種，除發(fā)生在焊縫之處，還出現(xiàn)在近縫區(qū)上。第五章 焊接裂紋21結(jié)結(jié)晶晶裂裂

8、紋紋第五章 焊接裂紋22第五章 焊接裂紋23第五章 焊接裂紋24第五章 焊接裂紋25第五章 焊接裂紋26第五章 焊接裂紋272 2）、熔池各階段產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向）、熔池各階段產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向 在焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期，低熔點(diǎn)共晶物被排擠在晶界，形成一種所謂的“液態(tài)薄膜”，在焊接拉應(yīng)力作用下，就可能在這薄弱地帶開(kāi)裂，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因：液態(tài)薄膜 拉伸應(yīng)力 液態(tài)薄膜根本原因 拉伸應(yīng)力必要條件第五章 焊接裂紋28固液階段：固液階段：這一區(qū)也稱(chēng)為“脆性溫度區(qū)”即圖上a、b之間的溫度范圍固相階段：固相階段：也叫完全凝固階段以低碳鋼焊接為例可把熔池的結(jié)晶分為以下三個(gè)階段液固階段：（液固階

9、段：（1 1區(qū)）區(qū)） Tb稱(chēng)為脆性溫度區(qū)，在比區(qū)間易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，雜質(zhì)較少的金屬, Tb小產(chǎn)生裂紋的可能性也小，雜質(zhì)多的金屬Tb大，產(chǎn)生裂紋的傾向也大 第五章 焊接裂紋29第五章 焊接裂紋303 3）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件 在焊縫的塑性用P表示, 當(dāng)在某一瞬時(shí)溫度時(shí)有一個(gè)最小的塑性值（Pmin)（出現(xiàn)液態(tài)薄膜時(shí)）受拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形用e表示，也是溫度的函數(shù) .)(TP第五章 焊接裂紋31 在脆性溫度區(qū)焊縫所承受的拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形大于焊縫金屬所具有的塑性時(shí)產(chǎn)生裂紋即 高溫階段晶間塑性變形能力不足以承受當(dāng)時(shí)所發(fā)生塑性應(yīng)變量。產(chǎn)生裂紋的條件產(chǎn)生裂紋的條件0se第五章 焊接裂紋3

10、2脆性溫度區(qū)（TB）內(nèi)金屬的塑性，TB內(nèi)金屬的塑性越小，越易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。結(jié)論： 脆性溫度區(qū)間大小, TB大，拉應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生裂紋可能性大，決定于焊縫化學(xué)成分，雜質(zhì)性質(zhì)與分布，晶粒大小。TB內(nèi)隨溫度降低變形的增長(zhǎng)率（拉伸應(yīng)力的增長(zhǎng)率）,臨應(yīng)變率CST越大,則表示材料的熱裂紋敏感性越小,越不易產(chǎn)生裂紋。第五章 焊接裂紋332 2、焊接結(jié)晶裂紋的影響因素、焊接結(jié)晶裂紋的影響因素1 1）、冶金因素）、冶金因素 結(jié)晶溫度區(qū)間結(jié)晶溫度區(qū)間：合金狀態(tài)圖脆性溫度區(qū)的大小隨著該合金的整個(gè)結(jié)晶溫度區(qū)間的增加而增加 第五章 焊接裂紋34合金元素合金元素 a)、S、Pi)S、P增加結(jié)晶溫度區(qū)間,脆性溫度區(qū)間T

11、B裂紋 ii)S、P產(chǎn)生低溫共晶,使結(jié)晶過(guò)程中極易形成 液態(tài)薄膜,因而顯著增大裂紋傾向iii)P、S引起成分偏析.P、S偏析系數(shù)K越大,偏析的程度越嚴(yán)重.偏析可能在鋼的局部地方形成低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)生裂紋。 第五章 焊接裂紋35b)、C i)、C0.16% Mn/S無(wú)效,加劇P有害作用 裂 iii)、C0.51% 初生相初生相 S、P在小相中溶解度低，析出S、P集富在晶界上，裂紋 Mn具有脫S作用 其中Mn熔點(diǎn)高，早期結(jié)晶星球狀分布，抗裂 MnSFeSMn 含碳量C0.016% P對(duì)形成結(jié)晶裂紋的作用超 過(guò)了S，Mn無(wú)意義 c)、Mn注意：第五章 焊接裂紋36d) d)、SiSi 硅是 相形成元素，

12、利于消除結(jié)晶裂紋 ,相中S、P溶解度大緣故，Si0.4% 易形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽夾雜使裂對(duì)硫的親合力大，形成高熔點(diǎn)的硫化物，消除結(jié)晶裂紋有良好的作用。e)、Ti 、鋯（Z）和稀土元素第五章 焊接裂紋37焊縫成分CSnSiCrNiAo0.100.0370.017 0.940.540.200.87A0.090.0150.014 1.250.440.190.83注：A 焊縫中加入輕稀土焊縫成分分析例如：強(qiáng)度為600MPa焊條研究第五章 焊接裂紋38圖2 焊縫沖擊斷口掃描形貌焊縫沖擊斷口SEM形貌(a)、(b)、(c) 未加入稀土 (d)、(e)、(f) 加入2%稀土第五章 焊接裂紋39 焊縫金屬金相組

13、織a、未加入稀土 b、加入2%稀土第五章 焊接裂紋40f)、O O降低S的有害作用，氧、硫、鐵能形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜變成球狀，裂日本JWS臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率CSTCST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+ 3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4當(dāng)時(shí)，可以防止裂紋4105 . 6CST熱裂敏感系數(shù)HCS公式3103)100/25/(VMoCrMnNiSiPSCHCS當(dāng)HCS 時(shí)， 發(fā)生斷裂晶間斷裂100T01T =稱(chēng)金屬的等強(qiáng)溫度0T0T10 若焊縫所受拉伸應(yīng)力為 隨溫度變化始終不超過(guò) ，則不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋2001120

14、產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件是冶金因素和力共同作 用，二者缺一不可第五章 焊接裂紋463 3、防止結(jié)晶裂紋的措施、防止結(jié)晶裂紋的措施 1 1）、冶金方面）、冶金方面 控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量，限制S、P、C含量S、P0.03-0.04焊絲C0.12% (低碳鋼)焊接高合金鋼，焊絲超低碳焊絲改善焊縫的一次結(jié)晶細(xì)化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al第五章 焊接裂紋472)、工藝方面（減少拉應(yīng)力）、工藝方面（減少拉應(yīng)力）應(yīng)變率 , E 、 應(yīng)變率 接頭預(yù)熱型式 適當(dāng)增加線能量（q/v）接頭型式合理妥善安排焊接次序焊次序 te0Tte第五章 焊接裂紋48四、近縫區(qū)液化裂紋四、近縫區(qū)液化裂紋 1 1、 產(chǎn)

15、生部位及材料產(chǎn)生部位及材料 通常產(chǎn)生在母材的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，也可產(chǎn)生在多層焊縫的焊層之間液化裂紋屬于晶間開(kāi)裂性質(zhì)，裂紋斷口呈典型的晶間開(kāi)裂特征。 2 2、 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 1）、近縫區(qū)晶界處存在低熔點(diǎn)雜質(zhì) 2）、近縫區(qū)存在晶間液膜(低熔點(diǎn)共晶體) 第五章 焊接裂紋49液化裂紋液化裂紋第五章 焊接裂紋503 3、影響因素、影響因素 1）、化學(xué)成分2）、工藝因素 4 4、防止措施、防止措施 1）、控制S、P等雜質(zhì)含量如采用電渣精煉的方法，去除合金中的雜質(zhì)。2）、焊接工藝上，采用小線能量，避免近縫區(qū)晶粒粗化第五章 焊接裂紋51五、多邊化裂紋五、多邊化裂紋 1 1、形成條件（形成機(jī)理）、形成條件（

16、形成機(jī)理） 多邊化現(xiàn)象，焊縫金屬中存在很多高密度的位錯(cuò)在高溫和應(yīng)力的共同作用下，位錯(cuò)極易運(yùn)動(dòng)，在不同平面上運(yùn)動(dòng)的刃型位錯(cuò)遇到障礙時(shí)可能發(fā)生攀移，由原來(lái)的水平組合變成后來(lái)的垂直組合，即形成“位錯(cuò)壁”就是多邊化現(xiàn)象。 第五章 焊接裂紋522 2、特點(diǎn)、特點(diǎn) 1）、發(fā)生部位與材料 發(fā)生在焊縫中，常見(jiàn)于單相奧氏鋼或純金屬的焊縫金屬 裂紋走向：以任意方向貫穿樹(shù)枝狀結(jié)晶2）、常常伴隨有再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)在裂紋附近，多邊化裂紋總是遲于再結(jié)晶3）、裂紋多發(fā)生在重復(fù)受熱金屬中（多層焊）4）、斷口呈現(xiàn)出高溫低塑性斷裂第五章 焊接裂紋533、影響因素、影響因素 形成多邊化過(guò)程所需時(shí)間： t完成多邊化過(guò)程所需時(shí)間常數(shù)u多

17、邊化過(guò)程的激活能，決定于合金成分和應(yīng)力狀態(tài)R氣體常數(shù)（8.4J/molk）T溫度（K）從公式中可以看出，完成多邊化過(guò)程所需時(shí)間與H、T有關(guān) kTvett00t第五章 焊接裂紋541 1）合金成分的影響）合金成分的影響 在焊縫中加入一些提高多邊化過(guò)程激活能的元素，可有效阻止多邊化過(guò)程2 2）應(yīng)力狀態(tài)的影響）應(yīng)力狀態(tài)的影響 有應(yīng)力存在，使多邊化過(guò)程加速 3 3）溫度的影響）溫度的影響 在形成多邊化過(guò)程的溫度越高時(shí)間越短本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋555-3 5-3 焊接冷裂紋焊接冷裂紋 1. 1.產(chǎn)生溫度產(chǎn)生溫度: :Ms點(diǎn)附近或200300以下溫度區(qū)間 2. 2.產(chǎn)生的鋼種和部位產(chǎn)生的鋼種和部位:

18、:發(fā)生在高碳鋼、中碳鋼、低合金、中合金高強(qiáng)鋼，熱影響區(qū)合金元素多的超高強(qiáng)鋼、Ti合金發(fā)生在焊縫 3.3.裂紋的走向：裂紋的走向：沿晶、穿晶 4.4.產(chǎn)生時(shí)間產(chǎn)生時(shí)間: :可焊后立即出現(xiàn)，也有的幾小時(shí)，幾天或更長(zhǎng)時(shí)間一、冷裂紋的一般特征一、冷裂紋的一般特征 第五章 焊接裂紋56二、冷裂紋種類(lèi)二、冷裂紋種類(lèi)延遲裂紋是冷裂紋中一種最普遍的形態(tài)，它不是焊后出現(xiàn)，因此危害性更大 延遲裂紋三種形態(tài)延遲裂紋三種形態(tài) ：1）、焊趾裂紋縫邊裂紋 2）、焊道下裂紋 3）、根部裂紋第五章 焊接裂紋57三、延遲裂紋的機(jī)理三、延遲裂紋的機(jī)理 高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生延遲裂紋的原因主要是：鋼種的淬硬傾向；焊接接頭的含氫量及其分布

19、，焊接接頭的拘束應(yīng)力。延遲裂紋的開(kāi)裂過(guò)程存在這兩個(gè)不同的過(guò)程，即裂紋的起源和裂紋的擴(kuò)展，擴(kuò)展到一定情況下，發(fā)生斷裂，我們只從宏觀的角度闡述一下產(chǎn)生延遲裂紋的三要素。第五章 焊接裂紋58F+PAMA裂第五章 焊接裂紋59第五章 焊接裂紋601 1、鋼種的淬硬傾向、鋼種的淬硬傾向 焊接接頭的淬硬傾向主要決定于鋼種的化學(xué)成分，其次是焊接工藝，結(jié)構(gòu)板厚及冷卻條件。鋼種淬硬傾向越大，越容易產(chǎn)生裂紋，其原因?yàn)?：1）、形成脆硬的馬氏體 2）、淬硬產(chǎn)生晶格的缺陷 第五章 焊接裂紋612 2、氫的作用、氫的作用 氫是引起高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生延遲裂紋的重要因素之一,氫具有延遲作用,由氫引起的延遲裂紋稱(chēng)為氫致裂紋也稱(chēng)

20、氫誘發(fā)裂紋.氫致裂紋Hydrogoundacpd Crack1）、氫在焊縫金屬中的溶解與擴(kuò)散 2）、金屬組織對(duì)氫的擴(kuò)散影響3）、熱影響區(qū)氫致裂紋產(chǎn)生 氫在致裂過(guò)程中 動(dòng)態(tài)行為4）、氫致裂紋開(kāi)裂機(jī)理 第五章 焊接裂紋62殘余擴(kuò)散氫HR1004exp8HR10020whMHH0-凝固時(shí)焊縫的初始含氫量（ml/100g)hw-焊縫的平均厚度（mm）M-氫的熱擴(kuò)散因子（mm2）)(10)1373. 22 . 4(100)(25150200cmtDMtt日本天津大學(xué))(10)47.14551. 3298. 2543. 27 .183(23300150250200mmMtttt第五章 焊接裂紋63氫致裂紋

21、目前有幾種說(shuō)法氫的應(yīng)力擴(kuò)散理論 空穴氫壓脆化說(shuō) 氫吸附脆化說(shuō) 第五章 焊接裂紋64裂縫頂端三向應(yīng)力區(qū)HHHHHHH擴(kuò)散氫裂紋擴(kuò)展H2HHHHHHH新的三向應(yīng)力區(qū)氫致裂紋擴(kuò)展過(guò)程第五章 焊接裂紋65第五章 焊接裂紋66 3 3、焊接接頭的拘束應(yīng)力、焊接接頭的拘束應(yīng)力 1 1）、焊接接頭的拘束應(yīng)力）、焊接接頭的拘束應(yīng)力 a、熱應(yīng)力與母材焊條金屬的熱物理性質(zhì)及剛度有關(guān) b、組織應(yīng)力相變、組織比容不同而產(chǎn)生 c、附加應(yīng)力結(jié)構(gòu)自身拘束條件所造成的應(yīng)力包括結(jié)構(gòu)的形式、焊縫位置、施焊的順序 第五章 焊接裂紋67定義：相當(dāng)于為使焊接接頭根部間隙彈性位移單位長(zhǎng)度時(shí)，單位長(zhǎng)度焊縫所受的力的大小。即定義為拘束度。符

22、號(hào)：R 2）、拘束度：）、拘束度：表示母材對(duì)反作用力的剛度第五章 焊接裂紋68公式： E母材金屬的彈性模量 板厚 l焊縫長(zhǎng)度 L拘束距離 LELLLlFlFRbb1cHtgToTmmmR m為拘束應(yīng)力轉(zhuǎn)換系數(shù)第五章 焊接裂紋693）、產(chǎn)生裂紋的臨界拘束應(yīng)力）、產(chǎn)生裂紋的臨界拘束應(yīng)力 臨界拘束應(yīng)力：開(kāi)始產(chǎn)生裂紋時(shí)的拘束應(yīng)力日本IL委員會(huì)插銷(xiāo)式裂紋試驗(yàn)所確定的=(86.3-211Pcm-28.21logH+1+2.73+800-500+9.7)9.8稱(chēng)為合金元素的裂紋敏感系數(shù)（%）H 擴(kuò)散氫含量100mol/gt800500在接條件下，熔合區(qū)附近1350冷卻到800500的冷卻時(shí)（S）t100從熔

23、合區(qū)附近1350100實(shí)際冷卻時(shí)間crcrcmP100310 tBVMoNirCCuMoSiCPCM51015602020第五章 焊接裂紋7060060HPPCMC21000500mmNbCPNP4000060RHPPCMWBVMoNirCCuMoSiCPCM51015602020合金元素的裂紋敏感指數(shù)（反映了淬硬傾向）四、影響因素及防止措施四、影響因素及防止措施 1)、鋼種化學(xué)成分的影響1、影響因素、影響因素 冷裂紋判據(jù) 應(yīng)用于、 裂紋敏感指數(shù)上述公式是經(jīng)驗(yàn)式,有一定的使用范圍適用范圍可參考 CMP第五章 焊接裂紋71對(duì)接接頭500 R=71K1arctg(0.017 )( /400)2 不

24、產(chǎn)生裂紋, R 產(chǎn)生裂紋不產(chǎn)生裂紋的臨界拘束度（通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)）R可通過(guò)計(jì)算或?qū)崪y(cè)求得 只適用單向拉伸RRcrcrRcrR2）、拘束應(yīng)力的影響）、拘束應(yīng)力的影響第五章 焊接裂紋72對(duì)于三維 彈塑性有限元計(jì)算修正系數(shù)RR1122/2/2sinh/sinh/sin81mwwBmBmBmhmhmm-拉板厚度（mm）Sinh-雙曲線正弦函數(shù) hw-試驗(yàn)焊縫厚度（mm）B-試板寬度，即拘束距離（mm）第五章 焊接裂紋733)3)、氫的有害影響、氫的有害影響4) 4)、工藝影響、工藝影響 線能量 預(yù)熱溫度焊后后熱多層焊第五章 焊接裂紋74綜合上述各影響因素，提出了預(yù)測(cè)高強(qiáng)鋼焊接接頭延遲裂紋傾向的判據(jù)公式。

25、產(chǎn)生裂紋在一定焊接條件下，第一層焊縫焊后冷卻到100剛剛不出現(xiàn)裂紋的時(shí)間臨界冷卻時(shí)間.實(shí)際焊接條件下，熔合區(qū)附近1350100的冷卻時(shí)間A.n實(shí)驗(yàn)常數(shù) 裂紋敏感系數(shù)若越高，則 越大，越易產(chǎn)生裂紋crt100ttcrcrt100tHMPNPnHMcrPAt)28. 0(第五章 焊接裂紋752 2、防止措施、防止措施 1 1）、冶金措施）、冶金措施 （低碳微量多合金） H選用低氫焊接材料，低氫焊接方法如CO2焊 控制氫的來(lái)源，烘干焊條消理焊件焊絲加入某些合金元素，提高塑性采用奧氏體組織的焊條焊接某些淬硬傾向較大的低合金高強(qiáng)鋼，避免冷裂紋 第五章 焊接裂紋762 2）、工藝措施）、工藝措施選擇合適的

26、焊接線能量q、V冷、t100減少裂 但有晶粒粗大現(xiàn)象預(yù)熱 冷卻速度H外逸后熱H消氫處理350保溫12小時(shí)，使氫外逸對(duì)于需要較高預(yù)熱溫度的中碳鋼，高碳鋼及中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，如果由于形狀復(fù)雜或需要在結(jié)構(gòu)內(nèi)部施焊等因素要避免高溫預(yù)熱時(shí)，采用后熱并配合低溫的預(yù)熱特別見(jiàn)效。第五章 焊接裂紋773 3）、拘束應(yīng)力）、拘束應(yīng)力防止焊縫分布密集，消除應(yīng)力集中部位如缺口，坡口形狀對(duì)稱(chēng)適當(dāng)?shù)念A(yù)熱、后熱、緩冷本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋785-4 5-4 再熱裂紋再熱裂紋 定義定義：焊后再加熱,消除應(yīng)力退火,高溫工作時(shí)500600過(guò)程中產(chǎn)生裂紋稱(chēng)再熱裂紋。一、再熱裂紋的特征一、再熱裂紋的特征 1、熱裂紋產(chǎn)生部位：、熱裂紋

27、產(chǎn)生部位：近縫區(qū)的粗晶區(qū)，止裂于細(xì)晶區(qū)，沿晶間開(kāi)裂，裂紋大部分晶間斷裂，沿熔合線方向在奧氏體粗晶粒邊界發(fā)展第五章 焊接裂紋79再熱裂紋再熱裂紋第五章 焊接裂紋802、 敏感的溫度范圍敏感的溫度范圍: :一般在500700低于500或高于700,再加熱不易出現(xiàn)再熱裂紋3 3、有大量的內(nèi)應(yīng)力存在，及應(yīng)集中、有大量的內(nèi)應(yīng)力存在，及應(yīng)集中: :在大拘束度的厚件或應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生再熱裂紋4 4、易產(chǎn)生在具有沉淀強(qiáng)化作用的鋼材中、易產(chǎn)生在具有沉淀強(qiáng)化作用的鋼材中: : 晶界滑動(dòng)微裂擴(kuò)展裂紋第五章 焊接裂紋81二、產(chǎn)生機(jī)理二、產(chǎn)生機(jī)理 1 1、一般條件、一般條件 e ee ec c 產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋 e產(chǎn)

28、生裂紋的晶界微觀局部的實(shí)際塑性變形量 ec：產(chǎn)生裂紋的晶界微觀局部的最大塑性形變能力 e實(shí)際塑性應(yīng)變：接頭的殘余應(yīng)力經(jīng)再加熱產(chǎn)生應(yīng)力松馳而引起，與接頭的拘束度殘余應(yīng)力，應(yīng)力集中有關(guān)。 第五章 焊接裂紋822 2、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理 1 1）、晶界雜質(zhì)析集弱化說(shuō)）、晶界雜質(zhì)析集弱化說(shuō) 晶界析集P、S、 硼化物沿晶析集如果產(chǎn)生再熱裂紋的塑性變形量為ec，可以下式表示:ccRTLeEEc/)1 (第五章 焊接裂紋832 2）、二次沉淀理論晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化）、二次沉淀理論晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化 具有沉淀強(qiáng)化的元素 焊接高溫時(shí)過(guò)a熱區(qū)合金元素全部溶入A中，A長(zhǎng)大.焊后冷卻速度快，合金元素以過(guò)飽和形式溶

29、入在F中，滲碳體，一般出現(xiàn)在位錯(cuò)、空位、缺陷等處。enrbriFMCMWVNZT、0焊后再加熱時(shí)（500-700）第五章 焊接裂紋843）、高溫蠕變理論）、高溫蠕變理論 蠕變定義：蠕變定義：金屬在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度，也會(huì)緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。特征：特征： 材料內(nèi)的應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力 與溫度有關(guān)T蠕變速度 溫度升高持久強(qiáng)度下降 高溫下，晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度第五章 焊接裂紋851.楔形開(kāi)裂楔形開(kāi)裂drEcbPs2)(23dEbPsp)1 ()(222應(yīng)力臨界應(yīng)力：2.空位聚集而產(chǎn)生的空位聚集而產(chǎn)生的“空位開(kāi)裂空位開(kāi)裂”23327256AW最小能量第五章

30、 焊接裂紋86低合金鋼產(chǎn)生再熱裂紋臨界應(yīng)力關(guān)系式低合金鋼產(chǎn)生再熱裂紋臨界應(yīng)力關(guān)系式VMoCrCCCSRSRcr115 . 0328 . 9)7 . 425. 47 .20(cr產(chǎn)生再熱裂紋臨界應(yīng)力產(chǎn)生再熱裂紋臨界應(yīng)力(N/mm2)如結(jié)構(gòu)實(shí)際拘束應(yīng)力為時(shí)，則不裂開(kāi)裂crcr第五章 焊接裂紋87第五章 焊接裂紋88三三 、影響因素、影響因素 1. 化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響 2晶粒度對(duì)再熱裂紋的影響 3焊接接頭不同部位和不同組織對(duì)再熱裂紋的影響 ( (一一) ) 、冶金因素、冶金因素 第五章 焊接裂紋89( (二二) ) 工藝措施工藝措施 1 1、 預(yù)熱及后熱預(yù)熱及后熱 預(yù)熱裂200450，后熱可降

31、低預(yù)熱溫度 2 2、線能量的作用、線能量的作用 E適當(dāng)增加，減少過(guò)熱區(qū)硬度，裂紋減小3 3、低強(qiáng)焊縫應(yīng)用、低強(qiáng)焊縫應(yīng)用 減少近縫區(qū)塑變的集中程度，有利于降低再熱裂紋產(chǎn)生傾向 4、 降低殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中降低殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中 本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋905-5 5-5 層狀撕裂層狀撕裂 1 1、產(chǎn)生的部位和形狀、產(chǎn)生的部位和形狀 宏觀形狀宏觀形狀：在外觀上具有階梯狀的形式，由基本上平行于軋制方向表面的平臺(tái)與大體上垂直于平臺(tái)的剪切壁所組成。 微觀形狀：微觀形狀：掃描電鏡觀察低倍下：斷口表面呈典型的木紋狀，是層層平臺(tái)在不同高度分布的結(jié)果 部位：部位：母材或熱影響區(qū) 一、特征及危害性一、特征

32、及危害性 第五章 焊接裂紋912、產(chǎn)生在厚板結(jié)構(gòu)中、產(chǎn)生在厚板結(jié)構(gòu)中 十字接頭,丁字接頭,角接頭，平臺(tái)局部地區(qū)有硅酸鹽或氧化物夾雜物 第五章 焊接裂紋92 種類(lèi)種類(lèi) 依產(chǎn)生部位分: 第一類(lèi)第一類(lèi)是在焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根 冷裂紋誘發(fā)而形成層狀措裂； 第二類(lèi)第二類(lèi)熱影響區(qū)沿夾雜開(kāi)裂； 第三類(lèi)第三類(lèi)遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開(kāi)裂MnS片狀?yuàn)A雜較多。第五章 焊接裂紋93二、形成機(jī)理及影響因素二、形成機(jī)理及影響因素 (一一)、層狀撕裂的形成過(guò)程、層狀撕裂的形成過(guò)程1、厚板結(jié)構(gòu)中焊接時(shí)剛性拘束條件下，產(chǎn)生較大的Z向應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到超過(guò)材料的形變能力之后，夾雜物與金屬基體之間弱結(jié)合面發(fā)生脫離，形成顯微

33、裂紋，裂紋尖端的缺口效應(yīng)造成應(yīng)力、應(yīng)變的集中，迫使裂紋沿自身所處的平面擴(kuò)展，把同一平面而相鄰的一群夾雜物連成一平，形成所謂的“平面”。 第五章 焊接裂紋942、與此同時(shí)相鄰近的兩個(gè)平臺(tái)之間的裂紋尖端處，在應(yīng)力應(yīng)變影響下在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生剪切斷裂，形成“剪切壁“，這些平臺(tái)和剪切壁在一起，構(gòu)成層狀撕裂所持有的階梯形狀。第五章 焊接裂紋95(二二)、影響因素、影響因素 1、非金屬夾雜物的種類(lèi)2、焊接Z向應(yīng)力 3、母材性能 熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織、塑性下降; 加熱150350出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)效，塑性、韌性下降4、氫的作用 氫集聚發(fā)生在夾雜物和基體界面上的氫脆引起層狀撕裂第五章 焊接裂紋96四、防止措施四、防

34、止措施 ( (一一) )選擇母材選擇母材 1 精煉鋼 2、控制夾雜物 冶煉降低雜質(zhì)，脫S加Ti、Zr或稀土元素，促使夾雜物破碎、球化(成本高) ( (二二) )設(shè)計(jì)和工藝措施設(shè)計(jì)和工藝措施1、 改變接頭形式、降低焊接應(yīng)力2、 應(yīng)盡量避免單側(cè)焊縫等;3、 應(yīng)盡量避免承載焊縫4、 預(yù)熱及后熱5、 加軟焊道第五章 焊接裂紋97接頭形式在受力最小時(shí)即可防止層狀撕裂，通過(guò)開(kāi)坡口來(lái)減輕鋼板Z向受承受的應(yīng)力和應(yīng)變。本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋985-6 5-6 應(yīng)力腐蝕撕裂應(yīng)力腐蝕撕裂(SCC)(SCC) 應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋：金屬材料在某些特定介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的延遲破裂現(xiàn)象稱(chēng)應(yīng)力腐蝕裂紋。 應(yīng)

35、力腐蝕裂紋已成為工業(yè)中特點(diǎn)是石油工業(yè)中最突出的問(wèn)題，日本19651975十年間化工設(shè)備破壞事故統(tǒng)計(jì)有50%屬于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，應(yīng)力腐蝕裂紋造成危害極大。第五章 焊接裂紋99一、應(yīng)力腐蝕裂紋特征一、應(yīng)力腐蝕裂紋特征 1 1、形貌：、形貌：外觀：無(wú)明顯的均勻腐蝕痕跡，呈龜裂形式斷斷續(xù)續(xù)。從橫斷面來(lái)看：猶如枯干的樹(shù)木的根須，由表面向縱深方向往里發(fā)展，裂口深寬比大，細(xì)長(zhǎng)而帶有分支是其典型的特點(diǎn)。從斷口來(lái)看：仍保持金屬光澤為典型脆性斷口第五章 焊接裂紋100應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋第五章 焊接裂紋1012、材質(zhì)與介質(zhì)的匹配、材質(zhì)與介質(zhì)的匹配 純金屬不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，凡是合金即使含有微量元素的合金，在特定

36、的腐蝕環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。但并不是說(shuō)，任何合金在任何介質(zhì)中都產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，一定的材料只在某一定的腐蝕環(huán)境中才產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂溫度:易產(chǎn)生在100300之間第五章 焊接裂紋1023、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力 拉應(yīng)力的存在是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的先決條件之一，造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力。臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力 引起應(yīng)力腐蝕裂紋開(kāi)裂的臨界應(yīng)力，與腐蝕介質(zhì)，金屬材料的強(qiáng)度級(jí)別有關(guān)。thsth第五章 焊接裂紋103二、應(yīng)力腐蝕裂紋的形成條件二、應(yīng)力腐蝕裂紋的形成條件 形形成機(jī)理成機(jī)理 （一）、電化學(xué)應(yīng)力裂機(jī)理（一）、電化學(xué)應(yīng)力裂機(jī)理從電化學(xué)考慮，把

37、應(yīng)力腐蝕裂紋分為兩大類(lèi) 一類(lèi)為應(yīng)力陽(yáng)極溶解開(kāi)裂 簡(jiǎn)記APC另一類(lèi)應(yīng)力陰極氫脆開(kāi)裂 簡(jiǎn)記HEC形成三要素：形成三要素：1） 材質(zhì) 2) 腐蝕介質(zhì) 3) 臨界拉應(yīng)力第五章 焊接裂紋104HEC和APC應(yīng)力腐蝕過(guò)程第五章 焊接裂紋105（二）、機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理（二）、機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理 1 1）、孕育期）、孕育期 應(yīng)力作用下將產(chǎn)生不同程度的塑性變形，這種塑性變形將會(huì)產(chǎn)生“滑移臺(tái)階”，形成局部性的最初腐蝕裂口，造成拉應(yīng)力集中，局部產(chǎn)生滑移階梯、導(dǎo)致保護(hù)膜破壞。第五章 焊接裂紋106第五章 焊接裂紋107第五章 焊接裂紋1082 2）、發(fā)展階段）、發(fā)展階段 腐蝕裂口在拉應(yīng)力與介質(zhì)的共同作用

38、下（物理作用及化學(xué)作用）沿著垂直拉應(yīng)方向縱深發(fā)展，呈枯干樹(shù)枝或根須，且逐步出現(xiàn)分支，若應(yīng)力因素占優(yōu)勢(shì)，將是某一裂口優(yōu)先發(fā)展，腐蝕因素占優(yōu)勢(shì)則可能同時(shí)幾條裂口平行地發(fā)展3 3）、潰裂階段）、潰裂階段發(fā)展的最快的裂紋的最終崩潰性的發(fā)展，是拉應(yīng)力局部越來(lái)越大的累積結(jié)果，最終破壞是力的因素起主要作用。 第五章 焊接裂紋109裂紋擴(kuò)展的幾種說(shuō)法裂紋擴(kuò)展的幾種說(shuō)法 陽(yáng)極相的沉淀陽(yáng)極相的沉淀 腐蝕介質(zhì)的吸附腐蝕介質(zhì)的吸附陰極氫化反應(yīng)陰極氫化反應(yīng) 機(jī)械化學(xué)效應(yīng)機(jī)械化學(xué)效應(yīng) 隧洞腐蝕隧洞腐蝕 第五章 焊接裂紋110三、應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施三、應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施 （一）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、合理選材母材

39、選材必須有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能只看材料牌號(hào)，不能單純考慮強(qiáng)度級(jí)別，因同一強(qiáng)度等級(jí)，合金系統(tǒng)不同，抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的傾向很大。 2、避免高應(yīng)力區(qū)第五章 焊接裂紋111 （二）、施工制造（二）、施工制造 1、 合理選擇焊材 了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的的工作條件，熟悉介質(zhì)的腐蝕特性，及合金元素的特性，則確定焊縫成分從而確定焊接材料。因此必須根據(jù)具體腐蝕介質(zhì)，調(diào)整焊縫的合金系統(tǒng)，以便提高耐應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。 第五章 焊接裂紋1121、 合理制定裝焊工藝1）、成形及裝配工藝 引起應(yīng)力腐蝕裂紋的重要原因之一就是殘余應(yīng)力，從部件成形加工列組裝都可引起殘余應(yīng)，特別是強(qiáng)制組裝，例如用千斤組裝大錯(cuò)口，可以形成很大的殘余應(yīng)力，

40、在組裝質(zhì)量不良的條件下（錯(cuò)口）焊接時(shí)，會(huì)造成較大的殘余應(yīng)力。組裝時(shí)所造成傷痕如隨意打弧的灼痕等都會(huì)成應(yīng)力腐蝕裂源。 第五章 焊接裂紋1132)、焊接工藝 基本點(diǎn)，不產(chǎn)生硬化組織，不發(fā)生晶粒嚴(yán)重粗化現(xiàn)象,接頭硬度 粗晶區(qū)的應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展敏感性最大，主要是由于晶粒粗大，以致裂紋尖端集中的位錯(cuò)數(shù)量增大，并可形成大的滑移階梯，從而利于應(yīng)力腐蝕裂紋的形成和擴(kuò)展。第五章 焊接裂紋114消除應(yīng)力處理 焊后消除應(yīng)力處理是防止產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的重要環(huán)節(jié)。 例氫化脫硫裝置的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)，鋼種彎曲成形加工后的熱處理溫度溫度 350 400 450 500 550 650 850 1Cr18Ni8 x x x x x o o o1Cr18Ni9Ti X x o o o o o o 其中x裂紋，o無(wú)裂紋 第五章 焊接裂紋1151.整體消除應(yīng)力處理消除應(yīng)力的程度可用下式估算P=T（lgt+20)*10-3P消除應(yīng)力效果參數(shù)T熱力學(xué)溫度 t 保溫時(shí)間