焊接冶金缺陷

1、1.8 焊接冶金缺陷1.8.1 氣孔1.8.2 焊接熱裂紋1.8.3 焊接冷裂紋1.8.4 其他焊接裂紋1焊接裂紋的危害性焊接裂紋不僅給生產(chǎn)帶來許多困難，而且可能是災難性事故。1947年美國自由輪船斷裂1944年美國液化天然氣罐發(fā)生連鎖爆炸，死亡133人1979年吉林液化石油氣球罐爆炸焊接結(jié)構(gòu)中的裂紋已成為各國所關注的課題。2焊接裂紋的種類3焊接熱裂紋焊接冷裂紋其他裂紋裂紋按產(chǎn)生條件分再熱裂紋層狀撕裂應力腐蝕裂紋4 1.8.2 焊接熱裂紋一、熱裂紋的一般特征二、熱裂紋的分類 三、結(jié)晶裂紋的形成與控制5一、熱裂紋的一般特征溫度：較高溫度下產(chǎn)生；部位：多產(chǎn)生在焊縫、熱影響區(qū)中；宏觀：斷口有氧化色；

2、 裂口寬度0.050.5mm,末端略呈圓形微觀：沿晶粒邊界分布，沿晶（或晶間）斷裂6二、熱裂紋的分類 結(jié)晶裂紋 高溫液化裂紋 多邊化裂紋 7結(jié)晶裂紋固相線附近固態(tài)金屬收縮殘余液態(tài)金屬不足不能及時填充收縮留下的空間拉應力作用晶間開裂現(xiàn)象，稱為結(jié)晶裂紋。材料種類： 雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中； 單相A鋼、鎳基合金和某些鋁合金焊縫中。8高溫液化裂紋熱影響區(qū)或多層焊層間金屬受熱循環(huán)作用晶界低熔點共晶重熔塑性和強度拉應力作用，沿奧氏體晶界開裂.材料種類：焊Cr、Ni的高強鋼，A鋼、鎳基合金等9多邊化裂紋在固相線以下的高溫階段缺陷聚集形成多邊化邊界高溫下強度、塑性差，拉力作用，沿多邊化邊界開裂材料種類

3、：純金屬或單相奧氏體合金焊縫或熔合區(qū)存在晶格缺陷（位錯和空位）+溫度和應力10三、結(jié)晶裂紋的形成與控制形成機理影響因素防止措施熱處理強化鋁合金焊縫中的結(jié)晶裂紋111、結(jié)晶裂紋的形成機理 液態(tài)金屬結(jié)晶經(jīng)歷液態(tài) 液固狀態(tài)固液狀態(tài) 固態(tài)低熔點共晶液態(tài)薄膜脆性溫度區(qū)間收 縮應 力拘束結(jié)晶裂紋12金屬凝固過程中的脆性溫度區(qū)TL液相線 TS固相線 TB脆性溫度區(qū)塑性TBTS TLTHTSab溫度T固相固液液固液相13圖11-48 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件e應變 p塑性 TL液相線 TS固相線TB脆性溫度區(qū) THTB上限 TSTB下限TB應變e , 塑性pT/TLTHTSTSpmin123e f(T)p(T) 脆

4、性溫度區(qū) TB 越大，收縮應力的作用時間就越長，產(chǎn)生的應變量越大，形成熱裂紋的傾向越大。TB內(nèi)金屬的塑性pmin越低，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大。 TB 內(nèi)的應變增長率 e/T 越大，越容易產(chǎn)生裂紋。線2 所對應的 e/T 為臨界應變增長率，用“CST”表示。CST 越大，材料對熱裂紋敏感性越小。 142、結(jié)晶裂紋的影響因素 冶金因素 應力因素下一頁15 結(jié)晶溫度區(qū)間 低熔共晶的形態(tài) 一次結(jié)晶的組織 合金元素的種類1）冶金因素16 結(jié)晶溫度區(qū)間結(jié)晶溫度區(qū)間大，脆性溫度區(qū)范圍大 結(jié)晶裂紋的傾向大S點合金成分17 低熔共晶的形態(tài)當?shù)腿酃簿б郧蛐螤顟B(tài)存在時，結(jié)晶裂紋的傾向.當?shù)腿埸c共晶以膜狀存在時，結(jié)晶裂

5、紋傾向增加。18 一次結(jié)晶的組織 晶粒粗大，柱狀晶方向性越明顯，熱裂紋的傾向晶粒的大小形態(tài)和取向都會影響結(jié)晶裂紋。加入細化晶粒的合金元素（如Ti、Mo、V、Nb等），一方面可以破壞液態(tài)薄膜的連續(xù)性，另一方面可打亂柱狀晶的方向，降低熱裂紋的傾向。 19相在奧氏體基底上的分布a）單相奧氏體 b）奧氏體奧氏體鐵素體液態(tài)薄膜a)b)20 合金元素的種類促進結(jié)晶裂紋形成S，P，C，Ni抑制結(jié)晶裂紋形成Mn，Si，Ti，稀土元素.21硫和磷-最有害的雜質(zhì)元素增大凝固溫度區(qū)間極易偏析;形成多種低熔點共晶;熱裂紋傾向22合金系共晶成分（質(zhì)量分數(shù)/%）共晶溫度/Fe-SFe，F(xiàn)eS（S31）988Fe-PFe，

6、Fe3P（P10.5）Fe3P，F(xiàn)eP（P27）10501260Fe-SiFe3Si，F(xiàn)eSi（Si20.5）1200Fe-SnFe，F(xiàn)eSn（Fe2Sn2，F(xiàn)eSn） （Sn48.9）1120Fe-TiFe，TiFe2（Ti16）1340Ni-SNi，Ni3S2（S21.5）645Ni-PNi，Ni3P（P11）Ni3P，Ni2P（P20）8801106Ni-BNi，Ni2B（B4）Ni3B2，NiB（B12）1140990Ni-AlNi，Ni3Al（Ni89）1385Ni-ZrZr，Zr2Ni（Ni17）961Ni-MgNi，Ni2Mg（Ni11）109523 影響熱裂紋的主要元素加劇硫磷

7、及其他元素的有害作用。 脫硫作用+改善硫化物的形態(tài)薄膜狀改變?yōu)榍驙钐岣呓饘俚目沽研浴Ｌ煎i242）應力因素金屬的強度金屬所承受的拉伸應力。焊接脆性溫度區(qū)內(nèi):或：熱應力產(chǎn)生的應變量焊縫的塑性儲備量253、結(jié)晶裂紋的防止措施冶金措施應力控制261）冶金措施控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量S、P0.03-0.04；焊絲C臨界拘束度，產(chǎn)生冷裂紋。拘束度單位長度焊縫在根部間隙產(chǎn)生單位 長度的彈性位移所需要的力。423、延遲裂紋的防止措施冶金措施工藝措施43a) 改進母材的化學成分采用低碳多種微量合金元素的強化方式 高強度+高韌性；盡量降低雜質(zhì)元素（S，P，O，N等）含量 提高抗冷裂性能；b) 嚴格控制氫的含量清理

8、油污和氧化皮；焊接材料的烘干；c) 適當提高焊縫韌性 加入細化晶粒的合金元素：Ti，Nb，Mo，V等，改善焊縫組織的韌性，降低焊接接頭冷裂的敏感性。 采用A焊條焊接淬硬傾向較大的中、低合金高強度鋼，可減少裂紋；1）冶金措施442）工藝措施適當預熱嚴格控制焊接熱輸入焊后低溫熱處理采用多層焊合理安排焊縫及焊接次序45a) 適當預熱預熱可減少熱應力，降低冷速，有效防止延遲裂紋的產(chǎn)生。合理選擇預熱溫度。 過高惡化勞動條件+產(chǎn)生附加應力。46b) 嚴格控制焊接熱輸入增大熱輸入可降低冷卻速度降低延遲裂紋的產(chǎn)生傾向。熱輸入過小冷卻速度大延遲裂紋的產(chǎn)生傾向大；熱輸入過大導致晶粒粗大產(chǎn)生粗大的M；47c) 焊后

9、低溫熱處理去氫處理使擴散氫充分逸出，同時降低殘余應力。d) 多層焊利用預熱和焊后熱處理的綜合效果，減少延遲裂紋傾向。e) 合理安排焊縫和焊接次序避免密集分布、盡量對稱分布；在拘束度較小的狀態(tài)下施焊，減少拘束應力。48三、其他裂紋再熱裂紋層狀撕裂應力腐蝕裂紋491、再熱裂紋 焊后在一定溫度范圍內(nèi)重新加熱（熱處理）裂紋。包括：消除應力處理裂紋：某些合金鋼焊后消除應力 處理過程中產(chǎn)生的裂紋。應變時效裂紋：高溫合金在焊后時效處理或高溫 使用過程中伴隨時效沉淀硬化而 出現(xiàn)的裂紋指在過飽和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化。 501）特點：2）材質(zhì)：低合金高強鋼、珠光體耐熱鋼

10、、不銹鋼等。含有沉淀強化元素（Cr、Ti、V、Nb等）；在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)域、沿晶斷裂；在大拘束度的厚件和應力集中部位最易產(chǎn)生；存在敏感溫度范圍： 低合金高強度鋼和耐熱鋼500700； 高溫合金 700900；513）產(chǎn)生機理是由晶界優(yōu)先滑動導致微裂而發(fā)生和擴展的4）防止措施選用含沉淀強化元素少的母材，并限制雜質(zhì)含量；限制熱輸入，避免晶粒粗化；預熱和后熱；焊材低匹配原則；降低殘余應力，避免應力集中。52 2、層狀撕裂產(chǎn)生呈“階梯”狀的裂紋。軋制母材的分層的夾雜物(特別是硫化物夾雜物）焊接時產(chǎn)生的垂直軋制方向的應力+1）材質(zhì)：在大厚度低合金高強鋼。53典型的層狀撕裂543）防止措施選材：用具有抗層狀撕裂的鋼材 。設計和工藝上： 避免單側(cè)焊縫； 焊接量少的對稱角焊縫取代焊接量大的全焊透焊縫； 在承受Z向應力的一側(cè)開坡口； T形接頭的橫板上預先堆焊一層低強的熔敷金屬； 55 3、應力腐蝕裂紋+ 拉應力裂紋。特定腐蝕介質(zhì)無明顯的均勻腐蝕痕跡