14CrNi4MoV鋼焊接熱裂紋及防止措施研究

1、 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）說明書 材料工程 系 焊接技術及自動化專業(yè) 畢業(yè)設計（論文）題目 14CrNi4MoV鋼焊接熱裂紋及防止措施研究 學生姓名 楊戰(zhàn)波 學號 22 指導教師 張玉萍 職稱 年 月 日畢業(yè)設計（論文）任務書 材料工程 系 焊接技術及自動化 專業(yè)學生姓名 楊戰(zhàn)波 學號 1073122 一、畢業(yè)設計（論文）題目 14CrNi4MoV鋼焊接熱裂紋及防止措施研究 二、畢業(yè)設計（論文）時間 2012 年 9 月至 2012 年 12 月三、畢業(yè)設計（論文）地點： 陜西航空職業(yè)技術學院 四、畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容要求：（1）明確熱裂紋的概念，熟悉焊接裂紋的危害及分類。（2）

2、明確14CrNi4MoV鋼化學成分、基本性能、應用。（3）分析14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋及防止措施。（4）分析14CrNi4MoV鋼焊縫中熱影響區(qū)液化裂紋及防止措施。（5）論述消除應力裂紋特征及防止措施。（6）分析焊接件的質(zhì)量檢驗方法。指導教師 張玉萍 2012 年 9 月26 日批 準 陳海英 2012 年 10月 9 日畢業(yè)設計（論文）評定表姓名楊戰(zhàn)波學號22專業(yè)焊接技術及自動化畢業(yè)設計（論文）題目14CrNi4MoV鋼焊接熱裂紋及防止措施研究評閱意見評閱教師： 年 月 日答辯組成員答辯時間答辯地點本人陳述答辯過程要點答辯組提問回答問題情況答辯組評語成績答辯委員會主任簽字年 月

3、日目錄前 言1第一章 焊接裂紋2第1節(jié) 焊接熱裂紋的概念及分類2一、熱裂紋的概念2二、熱裂紋的分類及防止措施2第二章14CrNi4MoV鋼化學成分、基本性能、應用4一、化學成分5二、基本性能5三、14CrNi4MoV應用舉例6第三章14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋及防止措施6第1節(jié) 14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋產(chǎn)生的原因6一、 結晶裂紋的形成機理及影響因素6第二節(jié) 14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋防止措施9第四章 14CrNi4MoV鋼焊縫中熱影響區(qū)液化裂紋及防治措施11一 14CrNi4MoV鋼焊縫中熱影響區(qū)液化裂紋11二 14CrNi4MoV鋼的液化裂紋的主要措施12第五章

4、 論述消除應力裂紋特征及防治措施14一 消除應力裂紋特征14二 消除應力產(chǎn)生的原因15三 防止消除應力裂紋的措施16四、工藝方面的措施17第六章 質(zhì)量檢驗18第1節(jié) 焊接接頭質(zhì)量檢驗的內(nèi)容和方法18一、焊接質(zhì)量檢驗的內(nèi)容和要求18二、 焊接質(zhì)量檢驗的方法20第2節(jié) 焊接接頭的非破壞性試驗方法21一、外觀檢查（VE）21二 、表面及近表面缺陷的檢查22三、 壓力容器焊接接頭強度試驗27四、 致密性檢查（泄漏試驗）27五、 硬度檢驗27第3節(jié) 焊接接頭的破壞性試驗方法28一、力學性能試驗28總結32致謝33參考文獻34前 言畢業(yè)設計是大學?？平逃囵B(yǎng)目標實現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學習階段,是深

5、化、拓寬、綜合教學的重要過程,是對大學期間所學專業(yè)知識的全面總結和檢查。本組畢業(yè)設計題目為14CrNi4MoV鋼焊接熱裂紋及防止措施研究。在畢業(yè)設計前期，我溫習了焊接結構生產(chǎn)、焊接質(zhì)量管理與檢驗、焊接方法與設備、金屬材料及熱處理、熔焊原理及金屬材料焊接等知識，并查閱了金屬學與熱處理、金屬工藝學等資料。在畢業(yè)設計中期，我通過所學的基本理論、專業(yè)知識結合指導老師下達的任務書。細心認真地做好這次畢業(yè)設計。在畢業(yè)設計后期，根據(jù)老師對畢業(yè)設計的編排要求，進行畢業(yè)設計手稿的電子排版整理，并希望得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設計任務，在此我表示衷心的感謝。畢業(yè)設計的兩周內(nèi)里，在指導老師的幫助下，經(jīng)過

6、資料查閱、工藝設計，整理編排使我加深了對相關內(nèi)容的理解，鞏固了專業(yè)知識，提高了綜合分析、解決問題的能力。在查詢資料時是自我學習、向他人學習的重要過程，是對自己三年知識的一次考驗。畢業(yè)設計要求設計合理符合實際，各種材料的分析方法正確規(guī)范。但是由于自己水平有限，難免有不妥和疏漏之處，敬請老師批評指正。 第1章 焊接裂紋在焊接應力及其它致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生產(chǎn)生的縫隙，叫做焊接裂紋。它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特征。裂紋是可以引發(fā)災難性事故的、危害最大的一類缺陷。1.1 焊接熱裂紋的概念及分類一、熱裂紋的概念焊接熱裂紋多產(chǎn)生于接近固相線

7、的高溫下，有沿晶界分布的特征，有時也能在低于固相線的溫度下沿著“多邊化邊界”形成。 焊接熱裂紋通常產(chǎn)生于焊縫金屬內(nèi)，也可能在焊接熔合線鄰近的熱影響區(qū)組織內(nèi)(母材金屬)。熱裂紋 （高溫裂紋）產(chǎn)生：焊接接頭的冷卻過程中，且溫度處在固相線附近的高溫階段。溫度高溫下產(chǎn)生，在結晶溫度附近；存在部位焊縫為主，熱影響區(qū)；特征宏觀看，焊縫熱裂紋多沿焊縫的軸向成縱向分布（連續(xù)或斷續(xù)），裂口均有較明顯的氧化色彩，裂口寬度0.050.5mm，末端略呈圓形；微觀看，沿晶粒邊界（包括亞晶界）分布，屬于沿晶（或稱晶間）斷裂性質(zhì)。二、熱裂紋的分類及防止措施按裂紋產(chǎn)生的機理、形態(tài)和溫度區(qū)間不同，焊接熱裂紋可分為凝固裂紋，液化

8、裂紋，多邊化裂紋和失塑裂紋4種。1、凝固裂紋凝固裂紋又稱結晶裂紋，產(chǎn)生在焊縫金屬凝固過程后期的脆性溫度區(qū)間。此時焊縫金屬結晶接近完成，但晶粒間尚存在著很薄的液相層，塑性很低。當由冷卻不均勻收縮而產(chǎn)生的拉伸變形超過臨界值時，即沿晶界液相層開裂。這種裂紋大多起源于樹枝狀晶的 最終匯合處，沿晶間擴展，嚴重時裂紋一直擴展到焊縫 表面，因而凝固裂紋斷口上可發(fā)現(xiàn)明顯的氧化色。凝固 裂紋常出現(xiàn)在含硫、磷(有時含硅，碳)較多的碳鋼焊縫中和單相奧氏體不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金及鋁合金焊縫中。防止凝固裂紋發(fā)生的冶金措施有:調(diào)整成分，細化晶粒，嚴格控制會形成低熔點共晶的雜質(zhì)元素含量， 以提高金屬材料在脆性溫度區(qū)間的塑

9、性，縮小脆性溫 度區(qū)間，并從焊接構件設計和焊接工藝上設法盡量減 少在脆性溫度區(qū)間的拉伸應變。 液化裂紋在鄰近焊接熔池的母材區(qū)或多層焊的 前一焊道上，因受焊接熱影響而發(fā)生晶界液化，并在拉 伸應變下形成裂紋。2、液化裂紋造成液化裂紋的原因是:(l)金屬材料的晶粒邊界聚集較多的低熔點物質(zhì)。(2)由于快速 加熱使某些金屬化合物分解而來不及擴散，局部晶界 產(chǎn)生某些合金元素的富集而達到共晶成分，使局部組織的熔點下降，在焊接熱影響下促使局部晶界液化。防 止液化裂紋產(chǎn)生的措施有:嚴格控制母材的雜質(zhì)含量; 合理選用焊接材料;制定合理的焊接工藝規(guī)范，盡量減少焊接熱作用。 多邊化裂紋在焊縫金屬凝固結晶不平衡的條件下

10、，在低于固相線溫度的高溫區(qū)域，沿多邊形化邊界形 成的熱裂紋。它與一次結晶的晶界無明顯關系，較多產(chǎn) 生于單相奧氏體金屬中。3、多邊化裂紋多邊化裂紋形成的原因是:由 于焊接的高溫過熱和不平衡的結晶條件，使奧氏體結 晶中形成大量空位和位錯，在一定溫度和應力作用下 排列成亞晶界多邊形化晶界，當此晶界與有害雜 質(zhì)富集區(qū)重合時，往往會在拉應力作用下形成多邊化 裂紋。防止多邊化裂紋的措施有:加入可提高多邊化激 活能的合金元素，如在鎳一鉻基單相奧氏體金屬中加入 適量的鎢、鋁或擔等元素，使多邊形化晶界來不及形 成，可以有效地避免產(chǎn)生多邊化裂紋;同時還應減少焊 接過熱和焊接應力。4、失塑裂紋失塑裂紋又稱高溫低塑性

11、裂紋。在焊接熱影響 區(qū)或多層焊的前一焊道上，因焊接熱循環(huán)的作用致使 塑性陡降，在拉伸應力下沿二次結晶晶界形成的熱裂 紋。其裂紋敏感溫度區(qū)域略低于再結晶溫度。多數(shù)發(fā)生 在奧氏體鋼和合金及少數(shù)高強度鋼的焊接接頭中。其 裂紋產(chǎn)生條件有些類同于多邊化裂紋，但其裂紋形成 機制和裂紋形態(tài)卻各不相同。防止此種裂紋的有效措 施是:精煉母材，減少有害雜質(zhì)。第二章14CrNi4MoV鋼化學成分、基本性能、應用一、化學成分牌號：14CrNi4MoV 中碳調(diào)質(zhì)鋼 碳C ：0.1%0.2%錳Mn ：0.3%0.6% 硅Si ：0.07%0.17%鎳 Ni : 0.80%1.10%鉻Cr : 0.8%1.1%磷P0.01

12、4%硫S0.014% 釩V ：0.14%0.24% 鉬Mo：0.40%0.65% 二、基本性能（1）14CrNi4MoV 物理性質(zhì)：以Cr為主加元素，合金系統(tǒng)簡單。WCr1，鋼的塑性、韌性略有提高；WCr1.5時可有效地提高淬透性。Cr能提高回火穩(wěn)定性，但Cr鋼有回火脆性。鋼中加入Ni和Mo，顯著地提高了淬透性和抗回火軟化能力，對改善鋼的韌性也有好處，使鋼具有強度高、韌性好、淬透性大等好的綜合性能。若鋼中再加入V可細化晶粒，提高強度、塑性、韌性及回火穩(wěn)定性。（2）14CrNi4MoV力學性能：公稱壁厚300 mm 熱處理狀態(tài):正火，正火+回火 回火溫度600 拉伸試驗b :540685MPa:

13、s375 MPa:520% 沖擊試驗:試驗溫度0;Akv ,J31 硬度試驗HB：121178 三、14CrNi4MoV應用舉例14CrNi4MoV鋼主要用于制造高負載、大截面的軸類以及承受沖擊載荷的構件，如汽輪機、噴漆渦輪機軸以及噴氣式客機的起落架和火箭發(fā)動機外殼等 第3章14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋及防止措施3.1 14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋產(chǎn)生的原因 焊縫金屬在結晶后期出現(xiàn)開裂，原因來自于兩方面：焊縫金屬在結晶后期抗裂能力下降和拉伸應力的形成。一、 結晶裂紋的形成機理及影響因素1） 結晶裂紋的形成機理焊縫金屬在凝固過程中，最后凝固的存在于固相晶體間的低熔點液態(tài)金屬已成薄

14、膜，碳鋼和低合金高強鋼中的硫、磷、硅、鎳都能形成低熔點共晶，在結晶過程中形成液態(tài)薄膜。由于液態(tài)薄膜強度低而使應變集中，但同時其變形能力很差，塑性很低，在拉應力作用下而開裂。2） 影響結晶裂紋生成的因素影響結晶裂紋的因素可歸納為冶金和工藝因素兩方面。在冶金方面，一般情況下，各種合金元素及雜質(zhì)增大了脆性溫度區(qū)，而尤其是形成低熔點薄膜的雜質(zhì)是影響裂紋產(chǎn)生的最重要的因素。工藝因素主要是影響有害雜質(zhì)偏析的情況及應變增長率的大小，因此對結晶裂紋的產(chǎn)生也有很大的影響。（1）焊縫金屬在結晶過程中塑性的變化 如圖1為和焊縫金屬的伸長率§與溫度T的關系曲線。曲線表明，在結晶后期固相溫度TS附近，存在了一

15、個脆性很低的溫度范圍TB，叫做脆性溫度區(qū)間。脆性溫度區(qū)間形成的原因可從焊縫凝固過程進行分析。整個凝固過程可劃分為如下三個階段：液-固階段 溫度低于液相溫度TL，固相開始析出并漸漸增多的階段。固-液階段 溫度下降略高于Ts，此時固相隨晶粒增加與長大而相互接觸并聯(lián)為整體，液體被故固相隔開流動困難，少量剩余的液體（主要是低熔點組分）形成所為“液態(tài)薄膜”。完全凝固階段 整個熔池完全凝固而形成整體的焊縫。 T TL §=f(T) TB TS O §圖1高溫時金屬材料脆性的變化（2）14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋的力作用 脆性溫度區(qū)間的存在是是產(chǎn)生結晶裂紋的主要根源，而力的作用使

16、產(chǎn)生了結晶裂紋的必要條件。結晶裂紋產(chǎn)生于焊縫凝固后期，此時結構并未承受外載荷作用，可見導致開裂的拉伸變形不是由于外力作用，而是由焊縫冷卻過程中的內(nèi)應力產(chǎn)生的。焊接的局部加熱是產(chǎn)生焊接應力的根本原因。（3）14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋形成的條件 結晶裂紋產(chǎn)生是由于在焊縫凝固后期存在了液態(tài)薄膜，并受到拉應力作用的結果，但液態(tài)薄膜與拉應力同時存在時，開裂與否取決于焊縫金屬的變形能力§min與其產(chǎn)生的實際應變之間的關系。當§min是不會開裂；=§min時處于臨界狀態(tài)；§min是才會產(chǎn)生裂紋。圖2中曲線1、2、3分別表示上述三種情況。所以結晶裂紋形成的條件

17、用數(shù)學式表達應為 §min T TL 1 § 3 2 TB TSO §min §、圖2焊接時產(chǎn)生結晶裂紋的條件 TL液相線溫度 TS固相線溫度 T TB1 TB2 TB3 §1 §2 §3 裂 不裂 O §、圖3脆性溫度區(qū)寬度對結晶裂紋的影響 （線的右上方向為裂紋區(qū)，左下方為不裂紋區(qū)）由上述條件可以推斷出，焊接金屬在脆性溫度區(qū)間實際拉伸應變隨溫度變化的增長率越大，裂紋傾向越大；而焊縫金屬本身的變形能力§min越小，裂紋傾向也越大。此外，TB的寬度越寬，特別是其下限的溫度越低，裂紋傾向越大。其間關系如圖（3

18、）所示。因此，在實際生產(chǎn)中判斷結晶裂紋傾向時，必須綜合考慮脆性溫度區(qū)TB的寬度，焊縫金屬在TB間的塑性§及在TB間應變的增長率三個因素的影響。第二節(jié) 14CrNi4MoV鋼焊縫中結晶裂紋防止措施 防止結晶裂紋主要從冶金和工藝兩個方面著手，其中冶金措施更為重要。1、防止結晶裂紋的冶金措施 控制焊縫中硫、磷、碳等有害元素的含量。硫、磷、碳等元素主要來源于母材與焊接材料，因此首先杜絕其來源。具體的措施：第一，對焊接結構用鋼的化學成分在國家或行業(yè)標準中多做了嚴格的規(guī)定； 第二，為了保證焊縫中有害元素低于母材，對焊絲用鋼、焊條藥皮、焊劑原材料中的碳、硫、磷含量也做了更嚴格的規(guī)定。 對熔池進行變

19、質(zhì)處理。通過變質(zhì)處理細化晶粒，不僅可以提高焊縫金屬的力學性能，還可以提高抗結晶裂紋能力。 調(diào)整熔渣的堿度。實驗證明，焊接熔渣的堿度越高，熔池中脫硫、脫氧越完全，其中雜質(zhì)越少，從而不易形成低熔點化合物，可以顯著降低焊縫金屬的結晶裂紋傾向。因此，在焊接較重要的產(chǎn)品時，應選用堿性焊條或焊劑。2、防止結晶裂紋的工藝措施在產(chǎn)品一定的條件下，工藝措施不僅能調(diào)節(jié)冷卻速度而影響變形率，而且通過熔合比及焊縫形成系數(shù)的變化也能影響焊縫的化學成分和偏析情況。防止結晶裂紋的工藝措施如下： 調(diào)整焊接參數(shù)以得到抗裂能力較強的焊縫成形系數(shù)。為了調(diào)整成形系數(shù)，必須合理選用焊接參數(shù)。一般情況下，成形系數(shù)隨電弧電壓升高而增加，隨

20、焊接電流的增加而減小。當先能量不變時，則焊接速度大，裂紋傾向越大。 調(diào)整冷卻速度。冷速越高，變形增長率越大，結晶裂紋傾向越大。降低冷卻速度可通過焊接參數(shù)或預熱來實現(xiàn)。用加線能量來降低冷卻速度的效果是有限的，采用預熱效果較明顯。但要注意，結晶裂紋形成于固相線附近的高溫，需要較高的預熱溫度才能降低高溫的冷卻速度。 調(diào)整焊接順序，降低拘束應力。接頭剛性越大，焊縫金屬冷卻收縮時受到的拘束應力也越大。第四章 14CrNi4MoV鋼焊縫中熱影響區(qū)液化裂紋及防治措施 焊接過程中，在焊接熱循環(huán)換峰值溫度作用下，在母材近縫區(qū)與多層焊的層間金屬中，由于低熔點共晶被加熱融化，在一定收縮應力作用下沿奧氏體晶界產(chǎn)生開裂

21、，即為液化裂紋。一 14CrNi4MoV鋼焊縫中熱影響區(qū)液化裂紋 14CrNi4MoV鋼的液化裂紋與結晶裂紋一樣，同屬于晶界液體薄膜有關的高溫裂紋。但近縫區(qū)或多層焊層間在宏觀上始終保持固態(tài)，這種晶界的局部熔化屬于不正常熔化。 液化裂紋形成的溫度比結晶裂紋低，稍低于固相溫度，主要發(fā)生在高鎳低錳型的低合金鋼中。但當鋼種的碳、硫較低時，即使含鎳高，對液化裂紋也不敏感。液化裂紋的產(chǎn)生還與母材的偏析有關，因而在偏析較嚴重的低碳鋼熱影響也曾有發(fā)現(xiàn)。 液化裂紋尺寸很小，一般在0.5mm以下，有時還會出現(xiàn)在焊縫熔合線凹進處和多層焊的層間過熱區(qū)，如圖（4）。由于裂紋尺寸較小，一般只有在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。但是，液

22、化裂紋常會成為冷裂紋、消除應力裂紋、脆性斷裂和疲勞斷裂的裂源。2 1 圖4出現(xiàn)液化裂紋的部位 1熔合線凹陷處 2多層焊層間過熱區(qū)二 14CrNi4MoV鋼的液化裂紋的主要措施 選用對液化裂紋敏感性較低的母材 可選用含碳、硫、磷和鎳較低，必有較高Mn/s值的母材。對含鎳的低合金鋼，Mn/s值最好大于50；含鎳較高的鋼，則應嚴格限制雜質(zhì)含量。 減少焊縫的凹度 實驗表明，當焊縫斷面顯明蘑菇狀時，在凹入處很容易產(chǎn)生微小的裂紋，而裂紋率隨凹度d的增加而增加（如圖5）。凹度的大小與焊接方法及焊接參數(shù)有關。埋弧焊和氣體保護焊的焊縫斷面多顯蘑菇狀（也稱指狀），而且電流越大越明顯。 為減少焊縫的凹度，可采取用焊

23、條電弧焊蓋面或將焊絲傾斜等辦法（如圖6） 3 d CR=N/n 2 1 0 1 2 3 圖5焊縫形狀的凹度d CR裂紋率 N所檢斷面發(fā)現(xiàn)的裂紋總數(shù) n被檢斷面數(shù) 3-6 d a） 焊絲 d a d b）圖6減小焊縫凹度的措施a）焊條電弧焊蓋面 b）焊絲傾斜一定角度 采用較小的線能量 母材過熱往往是產(chǎn)生液化裂紋的重要因素之一，降低線能量可以減小液化裂紋的傾向。但對一些液化裂紋敏感性強的金屬，僅依靠調(diào)整線能量并不能解決根本問題，只有同時減小焊縫凹度或提高母材的純度，才能有效地防止液化裂紋。 第五章 論述消除應力裂紋特征及防治措施一 消除應力裂紋特征 消除應力裂紋具有以下明顯特征： 產(chǎn)生于焊后再次加

24、熱的條件下，對于消除應力裂紋敏感性的鋼，都存在一個最易產(chǎn)生消除應力裂紋的溫度區(qū)間。如沉淀強化的低合金鋼為500700之間，在此溫度范圍內(nèi)裂紋率最高而且開裂所需時間最短。不同材料產(chǎn)生消除應力裂紋的溫度范圍不同。 消除應力裂紋大都產(chǎn)生在熔合區(qū)附近的粗晶區(qū)，有時也可能產(chǎn)生于焊縫中，具有典型的晶間開裂性質(zhì)。裂紋沿原奧氏體晶界擴展，終止在細晶區(qū)。 消除應力裂紋的產(chǎn)生是以大的殘余應力為決定條件，因此常見于拘束度較大的大型產(chǎn)品上應力集中的部位。應力集中系數(shù)K越大，開裂所需的臨界應力Cr越低。 與母材的化學成分有關，含有Cr、Mo、V等能起沉淀強化作用元素的鋼，對消除應力裂紋的敏感性較高。此外，如沉淀硬化型的

25、耐熱合金、抗蠕變鐵素體鋼、沉淀硬化奧氏體鋼等，也有消除應力裂紋傾向。 二 消除應力產(chǎn)生的原因消除應力裂紋的產(chǎn)生是由于晶界優(yōu)先滑動而導致微裂發(fā)生并擴張所致。即焊后再熱時，在殘余應力松弛過程中，粗晶區(qū)應力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生消除應力裂紋。理論上消除應力裂紋產(chǎn)生的條件可用下式表示：ee0 式中 e粗晶區(qū)局部晶界的實際塑性應變； e0粗晶區(qū)局部晶界的實際塑性變形能力，即不產(chǎn)生開裂的臨界應變量。實際的塑性應變，主要是由焊接接頭中的殘余應力在再加熱過程中發(fā)生應力松弛而引起的。所謂應力松弛是指存在殘余應力的構件，在溫度升高時應力逐漸釋放而總變形不變的現(xiàn)象。因此，在應力

26、釋放過程中，與應力成正比的彈性變形逐漸減小，而塑性變形增加，而原有的應力水平越高，則塑性變形增加的幅度越大。晶界的塑性變形能力，則取決于晶界的性質(zhì)、晶內(nèi)抗蠕變能力及晶粒尺寸等因素。雜質(zhì)在晶界偏析導致晶界塑性變形能力的減弱，沉淀強化相的析出使晶內(nèi)的抗蠕變能力的增加，都促使晶界成為薄弱環(huán)節(jié)，造成塑性變形集中在晶界發(fā)展。當晶界的實際變形e增加到使式（圖7）成立時，就形成了沿晶界開裂的消除應力裂紋。裂紋數(shù)N 40 30 1 20 10 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Wsi（）圖7 Si對Ai-Mn合金焊縫裂紋率的影響 1WFe=0.160.20 2WFe=0.370.

27、43三 防止消除應力裂紋的措施消除應力裂紋的產(chǎn)生主要取決鋼種的化學成分和過熱區(qū)應力集中部位殘余應力的大小。因此，其防治措施主要也從這兩方面著手。 選用對消除應力裂紋敏感性低的母材 在制造焊后必須進行消除應力處理的結構時，應選用對消除應力裂紋敏感性低的母材，從而可從根本上避免在熱裂紋的產(chǎn)生。選材時，可對幾種可用材料的 G或PSR值進行對比，并參照國內(nèi)外生產(chǎn)實例加以驗證。此外，還應考慮雜質(zhì)的影響，盡量降低S、P、As、Sb、Sn等元素的含量。 選用低強高塑性的焊接材料 消除應力裂紋多發(fā)生在過熱區(qū)的應力集中部位，這是因為這些部位在再熱過程中產(chǎn)生較大蠕變同時晶界強度又比較低的緣故。如能使蠕變能集中在體

28、積較大而塑性又高的焊縫，就可以防止消除應力裂紋的產(chǎn)生。采用強度低、塑性較高的焊接材料就可以滿足這一要求，但這一措施只有當焊縫強度足夠時才可應用。 控制結構剛性與焊接殘余應力 通過改進接頭的形式，可以降低結構的剛性從而防止了消除應力裂紋。如大型厚壁容器人孔及下降管接頭都是內(nèi)使伸式，接頭剛度大，應力集中嚴重，焊后有較高的殘余應力，退貨過程中很容易產(chǎn)生裂紋。四、工藝方面的措施 預熱。 預熱是防止消除應力裂紋的有利措施之一，在200450溫度范圍內(nèi)預熱可以取得較好的效果。為了防止消除應力裂紋，應將原定的預熱溫度適當提高。 焊后及時進行后熱。 后熱可起到與預熱相同的效果，并可降低預熱溫度。以18MnMo

29、Nb鋼為例，為防止冷裂紋及消除應力裂紋，則應將預熱溫度t0提高到230。如果在焊后及時進行180×2h的后熱，則t0可降到150。 控制線能量。 線能量對消除應力裂紋的影響比較復雜，與鋼種的成分、熱影響區(qū)的狀態(tài)和殘余應力的分布等因素有關。對于條件一定的具體結構而言，一般的規(guī)律是增大線能量，可以降低冷卻速度，減小殘余應力，使消除應力裂紋傾向減小。但線能量過大，則會使熱影響區(qū)奧氏體晶粒粗化，反而使消除應力裂紋傾向增大。第六章 質(zhì)量檢驗焊接質(zhì)量檢驗是保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、防止廢品出廠的重耍措施。通過檢驗可以發(fā)現(xiàn)制造過程中發(fā)生的質(zhì)量問題，找出原因，消除缺陷，使新產(chǎn)品或新工藝得到應用，質(zhì)量得到

30、保證；在正常生產(chǎn)中，通過完善的質(zhì)量檢驗制度，可以及時消除生產(chǎn)過程中的缺陷，防止類似的缺陷重復出現(xiàn)，減少返修次數(shù)，節(jié)約工時、材料，從而降低成本。所以說焊接質(zhì)量檢驗是焊接生產(chǎn)必不可少的重要工序。第1節(jié) 焊接接頭質(zhì)量檢驗的內(nèi)容和方法焊接質(zhì)量檢驗貫穿整個焊接過程，包括焊前、焊接過程中和焊后成品檢驗三個階段。一、焊接質(zhì)量檢驗的內(nèi)容和要求1、焊前檢驗焊前檢驗是指焊件投產(chǎn)前應進行的檢驗工作，是焊接檢驗的第一階段，其目的是預先防止和減少焊接時產(chǎn)生缺陷的可能性。包括的項目有：檢驗焊接基本金屬、焊絲、焊條的型號和材質(zhì)是否符合設計或規(guī)定的要求；檢驗其他焊接材料，如埋弧自動焊劑的牌號、氣體保護焊保護氣體的純度和配比等

31、是否符合工藝規(guī)程的要求對焊接工藝措施進行檢驗，以保證焊接能順利進行；檢驗焊接坡口的加工質(zhì)量和焊接接頭的裝配質(zhì)量是否符合圖樣要求；檢驗焊接設備及其輔助工具是否完好，接線和管道聯(lián)接是否合乎要求；檢驗焊接材料是否按照工藝要求進行去銹、烘干、預熱等；對焊工操作技術水平進行鑒定；檢驗焊接產(chǎn)品圖樣和焊接工藝規(guī)程等技術文件是否齊備。2、焊接生產(chǎn)過程中的檢驗 焊接過程中的檢驗是焊接檢驗的第二階段，由焊工在操作過程中，其目的是為了防止由于操作原因或其他特殊因索的影響而產(chǎn)生的焊接缺陷，便于及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。包括：檢驗在焊接過程中焊接設備的運行情況是否正常；對焊接工藝規(guī)程和規(guī)范規(guī)定的執(zhí)行情況；焊接夾具在焊接過

32、程中的夾緊情況是否牢固；操作過程中可能出現(xiàn)的未焊透、夾渣、氣孔、燒穿等焊接缺陷等；焊接接頭質(zhì)量的中間檢驗，如厚壁焊件的中間檢驗等。 焊前檢驗和焊接過程中檢驗，是防止產(chǎn)生缺陷、避免返修的重要環(huán)節(jié)。盡管多數(shù)焊接缺陷可以通過返修來消除，但返修要消耗材料、能源、工時、增加產(chǎn)品成本。通常返修要求采取更嚴格的工藝措施，造成工作的麻煩，而返修處可能產(chǎn)生更為復雜的應力狀態(tài)，成為新的影響結構安全運行的隱患。3、成品檢驗成品檢驗是焊接檢驗的最后階段，需按產(chǎn)品的設計要求逐項檢驗。包括的項目主要有：檢驗焊縫尺寸、外觀及探傷情況是否合格；產(chǎn)品的外觀尺寸是否符合設計要求；變形是否控制在允許范圍內(nèi)；產(chǎn)品是否在規(guī)定的時間內(nèi)進

33、行了熱處理等。成品檢驗方法有破壞性和非破壞性兩大類，有多種方法和手段，具體采用哪種方法，主要根據(jù)產(chǎn)品標準、有關技術條件和用戶的要求來確定。二、 焊接質(zhì)量檢驗的方法焊接質(zhì)量的檢驗方法分為非破壞性和破壞性兩類，見圖8。圖8 焊接檢驗方法1、非破壞性檢驗 主要是對產(chǎn)品進行檢驗。（1）外觀檢查（2）無損檢驗表面檢查：磁粉探傷（MT）；滲透探傷（PT），包括：著色和熒光檢驗內(nèi)部檢查：超聲探傷（UT），射線探傷（RT），包括，X射線、射線和高能射線。（3）接頭的強度試驗：水壓試驗；氣壓試驗（4）致密性檢驗：氣密性試驗；氨滲漏試驗等。（5）硬度檢驗。2 、破壞檢驗 主要是對試樣進行檢驗。（1）機械性能試驗：

34、拉伸（室溫、高溫）試驗，彎曲試驗；硬度試驗，沖擊試驗，斷裂韌性試驗，疲勞試驗；其它試驗。（2）化學分析試驗：化學成分分析試驗；腐蝕試驗；含氫量測定。 （3）金相檢驗：宏觀組織檢驗；微觀組織檢驗，斷口分析（成分和形貌）檢驗。（4）其它：如焊接性試驗、事故分析等。第2節(jié) 焊接接頭的非破壞性試驗方法一、外觀檢查（VE） 是用肉眼借助樣板或用低倍（約10倍）放大鎊及量具觀察焊件，檢查焊縫的外形尺寸合不合格，以及有無焊縫外氣孔、咬邊、滿溢以及焊接裂紋等表面缺陷的方法。所以也稱為目視檢查。二 、表面及近表面缺陷的檢查 有滲透探傷和磁粉探傷兩種方法，不過磁粉探傷只適用于檢查碳鋼和低合金鋼等磁性材料焊接接頭，

35、滲透探傷則更適合于檢查奧氏體鋼、鎳基合金等非磁性材料焊接接頭。1 ）、滲透探傷（PT） 滲透法是利用毛細現(xiàn)象來檢查工件表面缺陷（主要是裂紋），包括著色法、熒光法、煤油滲透法等。一般可發(fā)現(xiàn)寬度0.01mm以上、深度0.030.04mm以上的表面缺陷。（1）著色法它的基本操作工序，被探表面先用清洗劑洗凈，烘干或晾干后噴上滲透劑（一般為紅色），1530分鐘后滲透劑就在毛細現(xiàn)象作用下滲人缺陷。清洗干凈表面多余的滲透劑，待干燥后再噴上顯像劑（一般為白色），使殘留在缺陷中的滲透液吸出，有缺陷處就顯示出缺陷圖像（紅色）。微小缺陷的顯影過程比較慢一般按規(guī)定要等1530分鐘。若噴滲透劑后沒有缺陷的地方清洗不徹底

36、，可能出現(xiàn)偽缺陷。如手弧焊縫邊緣焊渣沒除清，滲透劑是難以洗去的，也會出現(xiàn)偽缺陷。所以對重要產(chǎn)品，焊工應把焊渣除盡，以免著色出現(xiàn)偽缺陷。著色法探傷不需要大型設備，目前大多用噴罐著色探傷，使用方便，所以應用十分廣泛。（2）熒光法將清潔后的工件被檢部位用煤油和礦物油混合成的熒光液浸涂510分鐘，使之在毛細現(xiàn)象作用下滲人缺陷部位，然后撒上氧化鎂粉未，振動幾下，使氧化鎂粉被缺陷中的浸透，吹除多余的氧化鎂粉未。在暗室中用紫外線照射，即可發(fā)現(xiàn)缺陷處殘留的氧化鎂粉未顯示出清晰的黃綠色圖像。若無暗室、無熒光照射設備，也可把焊縫用煤油浸涂后擦干表面，撒上氧化鈣（石灰）粉，這樣也可顯示缺陷，這就是煤油滲透法。2 ）

37、、磁粉探傷（MT）和滲透探傷一樣，磁粉探傷是對材料近表面缺陷進行檢測。不過，磁粉探傷只適于磁性材料，而且它對裂紋、未焊透較靈敏，對氣孔、夾渣不太靈敏。磁粉探傷是利用缺陷部位發(fā)生的漏磁吸引磁粉來進行探傷的，它的原理見圖7-5。磁粉探傷儀的觸頭接觸工件后，通電建立磁場（也可用其它方法建立磁場），如果材料沒有缺陷，磁場是均勻的，磁力線均勻分布，當有缺陷（如裂紋、未焊透、夾渣）時，磁阻變化，磁力線也改變，繞過缺陷而聚集在材料表面，形成較強的漏磁場，事先撒在工件表面的磁粉就會在漏磁處堆積，從而顯示缺陷的位置輪廓。內(nèi)部缺陷的檢查:常用的有射線探傷和超聲波探傷。(1)射線探傷（RT）射線可分為X射線、射線和

38、高能射線三種。X射線來自X射線管（為高真空二極管），是高速電子撞擊到陽極金屬靶時產(chǎn)生的；射線是放射性元素（工業(yè)探傷中常用的是人工放射性同位素鉆、銥、銫）的原子核裂變時產(chǎn)生的；高能射線是指能量在106eV以上的X射線，是由電子感應加速器、高能直線加速器或電子回旋加速器產(chǎn)生的。射線探傷的物理基礎是射線具有可以穿透物質(zhì)、并因被物質(zhì)吸收而衰減的特性。X射線由高速運動著的帶電粒子與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相作用而產(chǎn)生的。X射線產(chǎn)生的幾個基本條件：1產(chǎn)生自由電子；2使電子作定向高速運動；3在電子運動的路徑上設置使其突然減速的障礙物；4將陰陽極封閉在>10-3Pa的高真空中，保

39、持兩級純潔，促使加速電子無阻地撞擊到陽極靶上。(2) 超聲波探傷（UT） 超聲波是頻率超過20kHz的機械振動波，具有能透入金屬材料深處的特性，而且由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，在界面發(fā)生反射和折射，同時在傳播中被介質(zhì)部分吸收，使能量發(fā)生衰減。超聲波探傷就利用了超聲波的上述特性。1) 超聲波的發(fā)生磁致伸縮或電致伸縮都可產(chǎn)生超聲波，工業(yè)探傷一般采用電致伸縮探頭來發(fā)生和接收超聲波。探頭內(nèi)的壓電晶片由鈦酸鋇或石英片制成。晶片兩面鍍銀形成兩個電極。壓電晶片可將高頻電壓轉變?yōu)槌暠?，即發(fā)射超聲波；也可將超聲波轉變?yōu)楦哳l電壓，即接收超聲波。2) 超聲波探傷原理超生波探傷通常采用的是脈沖反射式超聲波探傷儀，它

40、是由脈沖超聲波發(fā)生器（高頻脈沖發(fā)生器）、聲電換能器（探頭）、接收放大器和顯示器四大部分組成。其探傷原理是，開始掃描時，高頻脈沖發(fā)生器發(fā)出的電壓作用于探頭上的晶片，使晶片振動，產(chǎn)生超聲波脈沖，向工件中傳播時遇到底面和不同聲阻抗的缺陷時，就會產(chǎn)生反射波。反射波被晶片接收后轉變?yōu)殡娒}沖訊號，經(jīng)放大器送至示波管，在掃描線上相應缺陷和底面位置的顯示出缺陷脈沖和底脈沖的波形，其波幅大小表示反射的強弱。因此，由示波管熒光屏上的圖形，可判斷工件內(nèi)有無缺陷以及缺陷的位置和大小。3) 影響探傷靈敏性的因素² 超聲波波長和頻率² 超聲波發(fā)射重復頻率² 探傷儀的盲區(qū)² 工件探傷

41、面光潔度4) 超聲波探傷方法 超聲波探傷方法分為脈沖反射法、穿透法和共振法三種。應用最多的是單探頭式脈沖反射法。超聲波脈沖反射法采用兩種探頭：直探頭和斜探頭。直探頭用縱波垂直入射，斜探頭是用橫波斜射?？v波在固體、液體、氣體中都能傳播，而橫波只能在固體中傳播。橫波斜探頭探傷是焊縫探傷的主要方法。5) 超聲波探傷的應用與特點 超聲波探傷是無損探傷技術中的一種主要檢測手段。不但可用于鍛件、鑄件和焊件等加工產(chǎn)品的檢測；也可用于板材、管材等原材料的檢測。超聲波探傷與X射線探傷相比，其優(yōu)點是：對于平面形缺陷，當聲束垂直于缺陷平面時，UT比RT有較高的靈敏度。而且UT探傷周期短，對探傷人員無危害，費用較低。

42、缺點是：不能直接記錄缺陷的形狀，對缺陷定性需有豐富的經(jīng)驗，不適于檢測奧氏體鑄鋼件，因為粗大的樹枝狀奧氏體晶粒和晶問沉淀物引起的散射會影響檢測的進行。國外多偏重于應用RT，我國則看中UT的優(yōu)點多應用UT。三、 壓力容器焊接接頭強度試驗這是通過對產(chǎn)品進行超載試驗來判斷接頭強度以及受壓元件（一個結構，比如整個容器）合不合格。（1）水壓試驗 目的是檢查焊縫和密封元件的緊密性和接頭以及受壓元件的強度，所以試驗應在除最終熱處理工序外所有生產(chǎn)工序完成后進行。（2）氣壓試驗用于對氣密性要求特別高的容器或排水困難的容器。四、 致密性檢查（泄漏試驗） 主要是對焊縫致密性和結構密封性進行檢查，應在外觀檢查后進行，用

43、于檢查容器焊縫內(nèi)是否有貫穿性裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等缺陷。按結構設計要求及制造條件可以有：（1）氣密性試驗（2）氨滲漏試驗（3）煤油滲漏試驗（4）真空試漏法五、 硬度檢驗 作為無損檢測的硬度試驗，是直接在產(chǎn)品的接頭區(qū)測硬度，目的是對產(chǎn)品直接檢測以檢測焊工遵守工藝或制造過程（主要是熱處理）是否符合技術要求。這種檢測過去國內(nèi)很少用，而國外則應用較多。瑞士產(chǎn)的EQUOTIP便攜式數(shù)顯硬度計，象一支鋼筆可在工件上的任意位置測硬度。接頭區(qū)的硬度一般測三個區(qū)：焊縫（WM）、熱影響區(qū)（HAZ）、母材（BM）以茲比較。特別是局部返修后，測定硬度有助于判斷是否需要熱處理或判斷熱處理效果是否良好。第3節(jié) 焊接接

44、頭的破壞性試驗方法破壞性檢驗是指直接從產(chǎn)品的焊接接頭取樣進行各種理化性能檢驗。一、力學性能試驗在國內(nèi)，對壓力容器等結構，力學性能以拉伸、彎曲、沖擊試驗為主，取樣方法見圖7-16。1、拉伸試驗（1）目的 拉伸試驗是為了測定接頭或焊縫金屬的抗拉強度、屈服極限、斷面收縮率和延伸率等力學性能指標。（2）取樣一般接頭拉伸試樣為垂直于焊縫的橫向板狀試樣（圖7-16）；焊縫金屬則為縱向圓試樣。它們的形狀尺寸國標都有規(guī)定。焊接接頭與焊縫金屬的高溫短時強度試驗應采用圓試樣。試驗溫度為壓力容器的最高工作溫度。在試板上截取試樣盡可能用機械加工方法。若用熱切割取樣，則劃線時必須留出氣割余量，并將氣割面的熱影響區(qū)全部加

45、工掉，以便真實地反映接頭的性能。（3）評定標準 接頭的常溫抗拉強度與高溫強度均應不低于母材標準規(guī)定值的下限。但應指出，接頭延伸率不能以均勻母材延伸率的合格標準作驗收指標。2 、彎曲試驗（1）目的是為了測定焊接接頭或焊縫金屬的塑性變形能力。（2）取樣（圖7-16）彎曲試樣也有縱、橫之分，一般用橫向試樣，其形狀尺寸國標也有規(guī)定。由于焊縫與母材強度不等，彎曲時塑性變形必然集中于低強區(qū)，因此對強度差別較大的異種鋼接頭應采用縱向試樣。焊縫金屬的彎曲試樣通常采用縱向試樣。按彎曲試樣的受拉面在焊縫中的位置可分面彎、背彎和側彎。面彎與背彎時受拉面分別在焊縫的表面層和底層。側彎則是焊縫的橫截面受彎，故可測定整個接頭的塑性變形能力。（3）合格標準 彎曲試驗結果的合格標準國內(nèi)是按鋼種來定彎曲角度下限的。碳鋼、奧氏體鋼是180°，低合金高強鋼和奧氏體不銹鋼為100°，鉻鉬和鉻鉬鋇耐熱鋼為50°。試樣彎至上列角度后，其受拉面上如有長度大于1.5mm的橫向裂紋或缺陷，或者有大于3mm的縱向裂紋或缺陷，就認為不合格。3、沖擊試驗（1）目的是測定焊接接頭各區(qū)的缺口韌性，從而檢驗接頭的抗脆性斷裂能力。沖擊韌性試驗對壓力容器是必不可少的。（2）試樣（圖7-16）如果沒有明確規(guī)定，也是取橫向試樣，試樣的形狀尺寸國標有規(guī)定。由于焊接接頭的組織和性能不均勻，就