焊接裂紋的處理PPT（共132）

第五五章焊焊接接裂裂紋紋1第一一節(jié)節(jié)概概述述第二二節(jié)節(jié)焊焊接接熱熱裂裂紋紋第三三節(jié)節(jié)焊焊接接冷冷裂裂紋紋第四四節(jié)節(jié)再再熱熱裂裂紋紋第五五節(jié)節(jié)層層狀狀撕撕裂裂第六六節(jié)節(jié)應(yīng)應(yīng)力力腐腐蝕蝕裂裂紋紋第七七節(jié)節(jié)焊焊接接裂裂紋紋綜綜合合分分析析和和判判斷斷第五五章章焊焊接接裂裂紋紋2重點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)內(nèi)容容1、裂裂紋紋的的分分類類用用一一般般特特征征2、結(jié)結(jié)晶晶裂裂紋紋的的形形成成機(jī)機(jī)理理、、影影響響因因素素，，及及其其防防冶冶措措施施3、、焊焊接接冷冷裂裂紋紋的的形形成成機(jī)機(jī)理理，，4、、應(yīng)應(yīng)力力腐腐蝕蝕裂裂紋紋形形成成機(jī)機(jī)理理５、、層層狀狀撕撕裂裂產(chǎn)產(chǎn)生生原原因因及及防防止止、、６焊焊接接裂裂紋紋綜綜合合分分析析及及判判斷斷，，各各種種裂裂紋紋斷斷口口形形貌貌特特征征。。3§5-1概概述述一、、危危害害性性焊接接結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂紋紋輕輕者者需需要要返修修，，浪浪費(fèi)費(fèi)人人力力、、物物力力、、時(shí)時(shí)間間，重重者者造造成成焊焊接接結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)報(bào)廢廢，，無無法法修修補(bǔ)補(bǔ)。。更更嚴(yán)嚴(yán)重重者者造造成成事事故故、、人人身身傷傷亡亡。如如1969年有有一一艘艘5萬(wàn)噸噸的的礦礦石石運(yùn)運(yùn)輸輸船船在在太太平平洋洋上上航航行行時(shí)時(shí)，，斷斷裂裂成成兩兩段段而而沉沉沒沒，，在在壓壓力力容容器器破破壞壞事事故故中中，，有有很很多多都都是是由由于于焊焊接接裂裂紋紋造造成成。。因因此此，，解解決決研研究究焊焊接接裂裂紋紋已已成成為為當(dāng)當(dāng)前前主主要要課課題題。。4二、種類類各種不同同類型的的裂紋①焊縫中縱縱向裂紋紋②②焊縫縫上橫向向裂紋③熱影響區(qū)區(qū)縱向裂裂紋④④熱影影響區(qū)橫橫向裂紋紋⑤火口（弧弧坑）裂裂紋⑥⑥焊道道下裂紋紋⑦焊縫內(nèi)部部晶間裂裂紋⑧⑧焊趾趾裂紋⑨熱影響區(qū)區(qū)焊縫貫貫穿裂紋紋⑩焊縫根部部裂紋56分類:1、按裂裂紋分布布的走向向分縱向裂紋紋2、按按裂紋紋發(fā)生部部位分①橫向裂紋紋②②縱縱向裂紋紋③星形（（弧形裂裂紋）①焊縫金金屬中裂裂紋②熱影響響區(qū)中裂裂紋③焊縫熱熱影響區(qū)區(qū)貫穿裂裂紋73、按產(chǎn)生生本質(zhì)分分類1）、熱裂紋（高溫裂裂紋）產(chǎn)生：熱裂紋(高溫裂紋紋)高溫下產(chǎn)生存在部位位：焊縫為主,熱影響區(qū)區(qū)特征：宏觀看,沿焊縫的的軸向成成縱向分布（連連續(xù)或繼繼續(xù)）也也可看到到縫橫向向裂紋，，裂口均均有較明明顯的氧化色彩彩，表面無無光澤，，微觀看看，沿晶晶粒邊界界（包括括亞晶界界）分布布，屬于于沿晶斷裂性質(zhì)質(zhì)81)、熱裂紋紋分類結(jié)晶裂紋紋：在凝固固的過程程--結(jié)晶過程程中產(chǎn)生高溫液化化裂紋：在高溫下產(chǎn)生,鋼材或多多層焊的的層間金金屬含有有低熔點(diǎn)點(diǎn)化合物物經(jīng)重新溶化化，在收縮縮應(yīng)力作作用下,沿奧氏體體晶間發(fā)發(fā)生開裂裂多邊化裂裂紋：產(chǎn)生溫度低于于固相線線溫度,存在晶格格缺陷(位錯(cuò)和空空位),物理化學(xué)學(xué)的不均均勻性,在應(yīng)力作作用下,缺陷聚集集形成多邊化邊邊界,使強(qiáng)度塑塑性下降降,沿多邊化化邊界開開裂,多發(fā)生純純金屬或或單相奧奧氏體合合金焊縫縫。9HAZ液化裂紋紋晶間裂紋多邊化裂裂紋10112）、再熱熱裂紋（消除應(yīng)應(yīng)力處理理裂紋））由于重新加熱熱（熱處理）過程中中產(chǎn)生稱稱再熱裂裂紋—消除應(yīng)力力處理裂裂紋。12133）、冷裂裂紋產(chǎn)生溫度：溫度區(qū)間間在+100℃～-75℃℃之間存在部位:多在熱影影響區(qū),但也有有發(fā)生在在焊縫。。特征（斷斷口）：：宏觀斷口口具有發(fā)發(fā)亮的金屬光澤澤的脆性斷斷裂特征征。微觀看：：晶間斷裂裂，但也可可穿晶（晶內(nèi)））斷裂，，也可晶晶間和穿穿晶混合合斷裂。。14冷裂紋分分類：延遲裂紋紋：特點(diǎn)不在在焊后立立即出現(xiàn)現(xiàn)，有一一段孕育育期產(chǎn)生生遲滯現(xiàn)象稱延延遲裂紋紋。淬硬脆化化裂紋（淬火裂裂紋）：淬硬傾向向大的組織織易產(chǎn)生生這種裂裂紋（與與氫含量量關(guān)系不不大）。。低塑性脆脆化裂紋紋：在比較低低的溫度度下，由由于收縮縮應(yīng)變超超過了材材料本身身的塑性性儲(chǔ)備產(chǎn)產(chǎn)生的裂裂紋稱低低塑性脆脆化裂紋紋。15延遲裂紋紋164）、層狀狀撕裂：由于軋制母材材內(nèi)部存在在有分層的夾夾雜物(特別是硫硫化物夾夾雜物））和焊接接時(shí)產(chǎn)生生的垂直軋制制方向的的應(yīng)力，使熱影影響區(qū)附附近地方方產(chǎn)生呈呈“臺(tái)階階”狀的的層狀斷斷裂并有有穿晶發(fā)發(fā)展。175）、應(yīng)力力腐蝕裂裂紋：金屬材料在某些特特定介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用用下所產(chǎn)產(chǎn)生的延延遲破裂裂現(xiàn)象，，稱應(yīng)力力腐蝕裂裂紋。18三、熱裂紋紋與冷裂裂紋的基基本特點(diǎn)點(diǎn)

裂紋

熱裂紋

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，裂口均有氧化色彩表面無光澤

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19§5-2焊接熱裂裂紋一、結(jié)晶晶裂紋1、產(chǎn)生機(jī)理理1）產(chǎn)生部部位：結(jié)晶裂裂紋大部部分都沿沿焊縫樹枝枝狀結(jié)晶晶的交界界處發(fā)生生和發(fā)展的的，常見見沿焊縫中中心長(zhǎng)度度方向開開裂即縱縱向裂紋紋，有時(shí)焊焊縫內(nèi)部部?jī)蓚€(gè)樹枝狀晶晶體之間間。對(duì)于低低碳鋼、、奧氏體體不銹鋼鋼、鋁合合金、結(jié)結(jié)晶裂紋紋主要發(fā)發(fā)生在焊焊縫上某某些高強(qiáng)強(qiáng)鋼，含含雜質(zhì)較較多的鋼鋼種，除除發(fā)生在焊焊縫之處，還還出現(xiàn)在在近縫區(qū)區(qū)上。20結(jié)晶裂紋2122232425262）、熔池池各階段段產(chǎn)生結(jié)結(jié)晶裂紋紋的傾向向在焊縫金金屬凝固固結(jié)晶的的后期，，低熔點(diǎn)點(diǎn)共晶物物被排擠擠在晶界界，形成成一種所所謂的“液態(tài)薄薄膜”，在焊接接拉應(yīng)力力作用下下，就可可能在這這薄弱地地帶開裂裂，產(chǎn)生生結(jié)晶裂裂紋。產(chǎn)生結(jié)晶晶裂紋原原因：①液態(tài)薄膜膜②拉伸應(yīng)力力液態(tài)薄膜膜—根本原因因拉伸應(yīng)力力—必要條件件27②固液階階段：這一區(qū)也也稱為““脆性溫溫度區(qū)””即圖上上a、b之間的溫溫度范圍圍③固相階階段：也叫完全全凝固階階段以低碳鋼焊焊接為例例可把熔熔池的結(jié)結(jié)晶分為為以下三三個(gè)階段段①液固階階段：（（1區(qū)））Tb—稱為脆脆性溫溫度區(qū)區(qū)，在在比區(qū)區(qū)間易易產(chǎn)生生結(jié)晶晶裂紋紋，雜雜質(zhì)較較少的的金屬屬,Tb小產(chǎn)生生裂紋紋的可可能性性也小小，雜雜質(zhì)多多的金金屬Tb大，產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋的的傾向向也大大28293）產(chǎn)生生結(jié)晶晶裂紋紋的條條件在ＴＢ焊縫的的塑性性用P表示,當(dāng)在某某一瞬瞬時(shí)溫溫度時(shí)有一一個(gè)最最小的的塑性值（（Pmin)（出現(xiàn)液液態(tài)薄薄膜時(shí)時(shí)）受拉伸伸應(yīng)力力所產(chǎn)產(chǎn)生的的變形形用e表示，，也是是溫度度的函函數(shù).30在脆性性溫度度區(qū)焊焊縫所所承受受的拉拉伸應(yīng)應(yīng)力所所產(chǎn)生生的變變形大大于焊焊縫金金屬所所具有有的塑塑性時(shí)時(shí)產(chǎn)生生裂紋紋即高溫階階段晶晶間塑塑性變變形能能力不不足以以承受受當(dāng)時(shí)時(shí)所發(fā)發(fā)生塑塑性應(yīng)應(yīng)變量量。產(chǎn)生裂裂紋的的條件件31②脆性溫溫度區(qū)區(qū)（TB）內(nèi)金屬屬的塑塑性，，TB內(nèi)金屬屬的塑塑性越越小，，越易易產(chǎn)生生結(jié)晶晶裂紋紋。結(jié)論：：①脆性性溫度度區(qū)間間大小小,TB大，拉拉應(yīng)力力作用用時(shí)間間長(zhǎng)，，產(chǎn)生生裂紋紋可能能性大大，決決定于于焊縫縫化學(xué)學(xué)成分分，雜雜質(zhì)性性質(zhì)與與分布布，晶晶粒大大小。。③TB內(nèi)隨溫溫度降降低變變形的的增長(zhǎng)長(zhǎng)率（（拉伸伸應(yīng)力力的增增長(zhǎng)率率）,臨應(yīng)應(yīng)變率率CST越大,則表表示材材料的的熱裂裂紋敏敏感性性越小小,越越不易易產(chǎn)生生裂紋紋。322、焊焊接結(jié)結(jié)晶裂裂紋的的影響響因素素1）、冶冶金因因素①結(jié)晶溫溫度區(qū)區(qū)間：合金狀狀態(tài)圖圖脆性性溫度度區(qū)的大大小隨隨著該該合金金的整個(gè)個(gè)結(jié)晶晶溫度度區(qū)間間的增加加而增增加33②合金元元素a)、、S、、Pi)S、P增加結(jié)結(jié)晶溫溫度區(qū)區(qū)間,脆性性溫度度區(qū)間間TB↑裂紋↑ii)S、、P產(chǎn)生低溫共共晶,使結(jié)結(jié)晶過程中中極易形成成液態(tài)薄膜,因而顯著著增大裂紋紋傾向iii)P、S引起成分偏偏析.P、S偏析系數(shù)K越大,偏析析的程度越越嚴(yán)重.偏偏析可能在在鋼的局部部地方形成成低熔點(diǎn)共共晶產(chǎn)生裂裂紋。34b)、Ci)、C<0.1%C↑結(jié)晶溫度區(qū)區(qū)間↑,裂紋↑ii)、C>0.16%Mn/S↑無效,加劇P有害作用裂裂↑iii)、C>0.51%初生相初初生相S、P在小相中溶溶解度低，，析出S、P集富在晶界界上，裂紋紋↑Mn具有脫S作用其其中Mn熔點(diǎn)高，早早期結(jié)晶星星球狀分布布，抗裂↑↑含碳量C<0.016%S↑裂↑但加入入Mn↑裂↓含碳量C>0.016%P對(duì)形成結(jié)晶晶裂紋的作作用超過過了S，Mn↑無意義c)、Mn注意：35d)、Si硅是相相形成元元素，利于于消除結(jié)晶晶裂紋,相相中S、P溶解度大緣緣故，Si>0.4%易形成低熔熔點(diǎn)的硅酸酸鹽夾雜使裂↑對(duì)硫的親合合力大，形形成高熔點(diǎn)點(diǎn)的硫化物物，消除結(jié)結(jié)晶裂紋有有良好的作作用。e)、Ti、鋯（Zｒ）和稀土元元素36焊縫成分CSＰＭnSiCrNiAo0.100.0370.0170.940.540.200.87A１0.090.0150.0141.250.440.190.83注：A１焊縫中加入入輕稀土１１％焊縫成分分分析例如：強(qiáng)度度為600MPa焊條研究37圖2焊縫縫沖擊斷口口掃描形貌貌焊縫沖擊斷斷口SEM形貌(a)、(b)、(c)未加入稀土土(d)、(e)、(f)加入2%稀稀土38焊縫金屬金金相組織a、未加入稀土土b、加入2%稀稀土39f)、OO↑降低S的有害作用用，氧、硫硫、鐵能形形成Fe-FeS-FeO三元共晶，，使FeS由薄膜變成成球狀，裂裂↓日本JWS臨界應(yīng)變?cè)鲈鲩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)時(shí)，可以防防止裂紋熱裂敏感系系數(shù)HCS公式當(dāng)HCS<4時(shí)，可以防防止裂紋40③凝固時(shí)界面面張力雜質(zhì)的低熔熔點(diǎn)共晶所所造成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶晶裂紋的重重要因素，，若將晶界界的液態(tài)薄薄膜改變?yōu)闉榍驙畹男螒B(tài)態(tài)，抗裂性性↑41—固體晶粒粒與殘液之之間的表面面張力—固體晶粒粒之間的表表面張力—固相與液液相的接觸觸角當(dāng)越越小越越小=0.5=0殘液液在固體晶晶粒以薄膜膜存在裂↑↑=180°°殘液以球球狀形態(tài)分分布裂↓/固相晶粒之之間和固液液之間表面面張力的平平衡關(guān)系為為42④一次結(jié)晶組組織形態(tài)及及組織對(duì)結(jié)結(jié)晶裂紋的的影響晶粒大?。海壕Я４执蟠罅鸭y的傾傾向↑初生相：相相裂↑裂↓線膨脹系數(shù)數(shù)小于，，相變應(yīng)力↓裂↓432)、力的因素素在焊接時(shí)脆脆性溫度區(qū)區(qū)內(nèi)金屬的的強(qiáng)度要小小在脆性溫溫度區(qū)內(nèi)金金屬所承受受的拉伸應(yīng)應(yīng)力。產(chǎn)生結(jié)晶裂裂紋的充分分條件。—在脆性溫溫度區(qū)內(nèi)金金屬的強(qiáng)度度—在脆性溫溫度內(nèi)金屬屬所承受的的拉伸應(yīng)力力金屬的強(qiáng)度度決定于—晶內(nèi)強(qiáng)度度—晶間強(qiáng)度44T↑↓↓T>時(shí)，>發(fā)生斷裂晶晶間斷裂T→=—稱金屬的的等強(qiáng)溫度度若焊縫所受受拉伸應(yīng)力力為隨隨溫度變化化始終不超超過，，則不會(huì)會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶晶裂紋<若焊縫的拉拉伸應(yīng)力為為，，>產(chǎn)產(chǎn)生結(jié)晶晶裂紋↓產(chǎn)生結(jié)晶裂裂紋的條件件是冶金因因素和力共共同作用用，二者缺缺一不可453、防止結(jié)結(jié)晶裂紋的的措施1）、冶金方方面①控制焊縫中中有害雜質(zhì)質(zhì)的含量，限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04焊絲C<0.12%(低碳鋼)焊接高合金金鋼，焊絲絲超低碳焊焊絲②改善焊縫的的一次結(jié)晶晶細(xì)化晶粒，，加入Mo、V、、Ti、Nb、Zr、Al462)、工藝方面面（減少拉拉應(yīng)力）應(yīng)變率,E↑、、↑↑應(yīng)變率↓接頭預(yù)熱型型式適當(dāng)當(dāng)增加線能能量（q/v）接頭型式合合理妥善安排焊焊接次序焊焊次序47四、、近近縫縫區(qū)區(qū)液液化化裂裂紋紋1、產(chǎn)產(chǎn)生生部部位位及及材材料料通常常產(chǎn)產(chǎn)生生在在母母材材的的熱熱影影響響區(qū)區(qū)的的粗粗晶晶區(qū)區(qū)，，也也可可產(chǎn)產(chǎn)生生在在多多層層焊焊縫縫的的焊焊層層之之間間液液化化裂裂紋紋屬屬于于晶晶間間開開裂裂性性質(zhì)質(zhì)，，裂裂紋紋斷斷口口呈呈典典型型的的晶晶間間開開裂裂特特征征。。2、產(chǎn)產(chǎn)生生原原因因1）、、近近縫縫區(qū)區(qū)晶晶界界處處存存在在低低熔熔點(diǎn)點(diǎn)雜雜質(zhì)質(zhì)2）、、近近縫縫區(qū)區(qū)存存在在晶晶間間液液膜膜(低熔熔點(diǎn)點(diǎn)共共晶晶體體)48液化化裂裂紋紋493、影影響響因因素素1）、、化化學(xué)學(xué)成成分分2）、、工工藝藝因因素素4、、防防止止措措施施1））、、控控制制S、、P等雜雜質(zhì)質(zhì)含含量量如采采用用電電渣渣精精煉煉的的方方法法，，去去除除合合金金中中的的雜雜質(zhì)質(zhì)。。2））、、焊焊接接工工藝藝上上，，采采用用小小線線能能量量，，避避免免近近縫縫區(qū)區(qū)晶晶粒粒粗粗化化50五、、多多邊邊化化裂裂紋紋1、形形成成條條件件（（形形成成機(jī)機(jī)理理））多邊邊化化現(xiàn)現(xiàn)象象，，焊焊縫縫金金屬屬中中存存在在很很多多高高密密度度的的位位錯(cuò)錯(cuò)在在高高溫溫和和應(yīng)應(yīng)力力的的共共同同作作用用下下，，位位錯(cuò)錯(cuò)極極易易運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，在在不不同同平平面面上上運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的刃刃型型位位錯(cuò)錯(cuò)遇遇到到障障礙礙時(shí)時(shí)可可能能發(fā)發(fā)生生攀攀移移，，由由原原來來的的水水平平組組合合變變成成后后來來的的垂垂直直組組合合，，即即形形成成““位位錯(cuò)錯(cuò)壁壁””就就是是多多邊邊化化現(xiàn)現(xiàn)象象。。512、特特點(diǎn)點(diǎn)1）、、發(fā)發(fā)生生部部位位與與材材料料發(fā)生生在在焊焊縫縫中中，，常常見見于于單單相相奧奧氏氏鋼鋼或或純純金金屬屬的的焊焊縫縫金金屬屬裂紋紋走走向向：：以以任任意意方方向向貫貫穿穿樹樹枝枝狀狀結(jié)結(jié)晶晶2）、、常常常常伴伴隨隨有有再再結(jié)結(jié)晶晶晶晶粒粒出出現(xiàn)現(xiàn)在在裂裂紋紋附附近近，，多多邊邊化化裂裂紋紋總總是是遲遲于于再再結(jié)結(jié)晶晶3）、、裂裂紋紋多多發(fā)發(fā)生生在在重重復(fù)復(fù)受受熱熱金金屬屬中中（（多多層層焊焊））4）、、斷斷口口呈呈現(xiàn)現(xiàn)出出高高溫溫低低塑塑性性斷斷裂裂523、影影響響因因素素形成多邊化過程所需時(shí)間：t－完成多邊化過程所需時(shí)間 －常數(shù)u－多邊化過程的激活能，決定于合金成分和應(yīng)力狀態(tài)R－氣體常數(shù)（8.4J/mol﹒k）T－溫度（K）從公式中可以看出，完成多邊化過程所需時(shí)間與H、T有關(guān)531））合合金金成成分分的的影影響響在焊焊縫縫中中加加入入一一些些提提高高多多邊邊化化過過程程激激活活能能的的元元素素，，可可有有效效阻阻止止多多邊邊化化過過程程2））應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)的的影影響響有應(yīng)應(yīng)力力存存在在，，使使多多邊邊化化過過程程加加速速3））溫溫度度的的影影響響在形形成成多多邊邊化化過過程程的的溫溫度度越越高高時(shí)時(shí)間間越越短短本節(jié)節(jié)結(jié)束束54§5-3焊接接冷冷裂裂紋紋1.產(chǎn)生生溫溫度度:Ms點(diǎn)附附近近或或200～～300℃℃以下下溫溫度度區(qū)區(qū)間間2.產(chǎn)生生的的鋼鋼種種和和部部位位:發(fā)生生在在高高碳碳鋼鋼、、中中碳碳鋼鋼、、低低合合金金、、中中合合金金高高強(qiáng)強(qiáng)鋼鋼，，熱熱影影響響區(qū)區(qū)合合金金元元素素多多的的超超高高強(qiáng)強(qiáng)鋼鋼、、Ti合金金發(fā)發(fā)生生在在焊焊縫縫3.裂紋紋的的走走向向：：沿晶晶、、穿穿晶晶4.產(chǎn)生生時(shí)時(shí)間間:可焊焊后后立立即即出出現(xiàn)現(xiàn)，，也也有有的的幾幾小小時(shí)時(shí)，，幾幾天天或或更更長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)時(shí)間間一、、冷冷裂裂紋紋的的一一般般特特征征55二、、冷冷裂裂紋紋種種類類延遲遲裂裂紋紋是是冷冷裂裂紋紋中中一一種種最最普普遍遍的的形形態(tài)態(tài)，，它它不不是是焊焊后后出出現(xiàn)現(xiàn)，，因因此此危危害害性性更更大大延遲遲裂裂紋紋三三種種形形態(tài)態(tài)：1））、、焊焊趾趾裂裂紋紋——縫縫邊邊裂裂紋紋2））、、焊焊道道下下裂裂紋紋3））、、根根部部裂裂紋紋56三、、延延遲遲裂裂紋紋的的機(jī)機(jī)理理高強(qiáng)強(qiáng)鋼鋼焊焊接接時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生延延遲遲裂裂紋紋的的原原因因主主要要是是：：鋼鋼種種的的淬淬硬硬傾傾向向；；焊焊接接接接頭頭的的含含氫氫量量及及其其分分布布，，焊焊接接接接頭頭的的拘拘束束應(yīng)應(yīng)力力。。延延遲遲裂裂紋紋的的開開裂裂過過程程存存在在這這兩兩個(gè)個(gè)不不同同的的過過程程，，即即裂裂紋紋的的起起源源和和裂裂紋紋的的擴(kuò)擴(kuò)展展，，擴(kuò)擴(kuò)展展到到一一定定情情況況下下，，發(fā)發(fā)生生斷斷裂裂，，我我們們只只從從宏宏觀觀的的角角度度闡闡述述一一下下產(chǎn)產(chǎn)生生延延遲遲裂裂紋紋的的三三要要素素。。57F+PAMA裂58591、鋼種的淬硬硬傾向焊接接頭的淬淬硬傾向主要要決定于鋼種種的化學(xué)成分分，其次是焊焊接工藝，結(jié)結(jié)構(gòu)板厚及冷冷卻條件。鋼鋼種淬硬傾向向越大，越容容易產(chǎn)生裂紋紋，其原因?yàn)闉椋?）、形成脆脆硬的馬氏體體2）、淬硬產(chǎn)產(chǎn)生晶格的缺缺陷602、氫的作用氫是引起高強(qiáng)強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生延遲裂紋紋的重要因素素之一,氫具有延遲作作用,由氫引起的延延遲裂紋稱為為氫致裂紋也也稱氫誘發(fā)裂裂紋.氫致裂紋HydrogoundacpdCrack1）、氫在焊焊縫金屬中的溶解與擴(kuò)擴(kuò)散2）、金屬組組織對(duì)氫的擴(kuò)擴(kuò)散影響3）、熱影響響區(qū)氫致裂紋紋產(chǎn)生氫在在致裂過程中中動(dòng)態(tài)行為為4）、氫致裂裂紋開裂機(jī)理理61殘余擴(kuò)散氫HR100H0------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）日本天津大學(xué)62氫致裂紋目前前有幾種說法法①氫的應(yīng)力擴(kuò)散散理論②空穴氫壓脆化化說③氫吸附脆化說說63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)力力區(qū)氫致裂紋擴(kuò)展展過程64653、焊接接頭的的拘束應(yīng)力1）、焊接接頭頭的拘束應(yīng)力力a、熱應(yīng)力與母材材焊條金屬的的熱物理性質(zhì)質(zhì)及剛度有關(guān)關(guān)b、組織應(yīng)力—相變、組織比比容不同而產(chǎn)產(chǎn)生c、附加應(yīng)力—結(jié)構(gòu)自身拘束束條件所造成成的應(yīng)力包括括結(jié)構(gòu)的形式式、焊縫位置置、施焊的順順序66定義：相當(dāng)于于為使焊接接接頭根部間隙隙彈性位移單單位長(zhǎng)度時(shí)，，單位長(zhǎng)度焊焊縫所受的力力的大小。即即定義為拘束束度。符號(hào)：：R2）、拘束度度：表示母材對(duì)反反作用力的剛剛度67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

m為拘束應(yīng)力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系數(shù)683）、產(chǎn)生裂裂紋的臨界拘拘束應(yīng)力臨界拘束應(yīng)力力：開始產(chǎn)生生裂紋時(shí)的拘拘束應(yīng)力日本IL委員會(huì)插銷式裂紋試驗(yàn)所確定的 =(86.3-211Pcm-28.21log[[H]+1]+2.73+800- 500+9.7× )×9.8 —稱為合金元素的裂紋敏感系數(shù)（%）[H]—擴(kuò)散氫含量100mol/gt800～500—在接條件下，熔合區(qū)附近1350℃冷卻到800～500℃的冷卻時(shí)（S）t100—從熔合區(qū)附近1350℃～100℃實(shí)際冷卻時(shí)間69 —合金元素的裂紋敏感指數(shù)（反映了淬硬傾向）四、影影響因因素及及防止止措施施1)、鋼種種化學(xué)學(xué)成分分的影影響1、影影響因因素冷裂紋紋判據(jù)據(jù)應(yīng)應(yīng)用于于、——裂紋紋敏感感指數(shù)數(shù)上述公公式是是經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)式,有一一定的的使用用范圍圍適用用范圍圍可參參考70對(duì)接接接頭<50mm拘束度度與板板厚的的關(guān)系系R≦K1R=K1長(zhǎng)焊縫縫K1=400定位短短焊縫縫K1=700K1板厚拘拘束系系數(shù)點(diǎn)固焊焊的短短焊縫縫和斜斜Y型坡口口裂紋紋試驗(yàn)驗(yàn)K1=70R≦70低合金金高強(qiáng)強(qiáng)鋼冷冷裂紋紋敏感感性判判據(jù)條條件當(dāng)>500℃℃R=71K1[arctg(0.017)－－(/400)2不產(chǎn)生生裂紋紋,R>產(chǎn)生裂裂紋—不產(chǎn)生生裂紋紋的臨臨界拘拘束度度（通通過實(shí)實(shí)驗(yàn)方方法測(cè)測(cè)）R可通過過計(jì)算算或?qū)崒?shí)測(cè)求求得只只適適用單單向拉拉伸2）、拘拘束應(yīng)應(yīng)力的的影響響71對(duì)于三三維彈彈塑塑性有有限元元計(jì)算算--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）723)、、氫的的有害害影響響4)、、工藝藝影響響①線能量②預(yù)熱溫度③焊后后熱④多層焊73綜合上上述各各影響響因素素，提提出了了預(yù)測(cè)測(cè)高強(qiáng)強(qiáng)鋼焊焊接接接頭延延遲裂裂紋傾傾向的的判據(jù)據(jù)公式式。產(chǎn)生裂裂紋—在一一定焊焊接條條件下下，第第一層層焊縫縫焊后后冷卻卻到100℃剛剛剛不不出現(xiàn)現(xiàn)裂紋紋的時(shí)時(shí)間——臨界界冷卻卻時(shí)間間.—實(shí)際際焊接接條件件下，，熔合合區(qū)附附近1350～～100℃℃的冷冷卻時(shí)時(shí)間A.n—實(shí)驗(yàn)常常數(shù)—裂紋紋敏感感系數(shù)數(shù)若越越高，，則越越大，，越易易產(chǎn)生生裂紋紋742、防止止措施施1）、冶冶金措措施①（低碳碳微量量多合合金））②[H]↓↓選用低低氫焊焊接材材料，，低氫氫焊接接方法法如CO2焊③控制氫氫的來來源，，烘干干焊條條消理理焊件件焊絲絲④加入某某些合合金元元素，，提高高塑性性⑤采用奧奧氏體體組織織的焊焊條焊焊接某某些淬淬硬傾傾向較較大的的低合合金高高強(qiáng)鋼鋼，避避免冷冷裂紋紋752）、工工藝措措施①選擇合合適的的焊接接線能能量q↑、、V冷↓、t100↑減少裂裂但但有晶晶粒粗粗大現(xiàn)現(xiàn)象②預(yù)熱冷冷卻速速度↓[H]外逸③后熱熱[H]↓↓消氫處處理350℃保溫1—2小時(shí)，，使氫氫外逸逸對(duì)于需需要較較高預(yù)預(yù)熱溫溫度的的中碳碳鋼，，高碳碳鋼及及中碳碳調(diào)質(zhì)質(zhì)高強(qiáng)強(qiáng)鋼，，如果果由于于形狀狀復(fù)雜雜或需需要在在結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)部部施焊焊等因因素要要避免免高溫溫預(yù)熱熱時(shí)，，采用用后熱熱并配配合低低溫的的預(yù)熱熱特別別見效效。763）、拘拘束應(yīng)應(yīng)力①防止止焊縫縫分布布密集集，消消除應(yīng)應(yīng)力集集中部部位如如缺口口，坡坡口形形狀對(duì)對(duì)稱②②適適當(dāng)?shù)牡念A(yù)熱熱、后后熱、、緩冷冷本節(jié)結(jié)束77§5-4再熱裂裂紋定義：焊后再再加熱熱,消除應(yīng)應(yīng)力退退火,高溫工工作時(shí)時(shí)500—600℃過程中中產(chǎn)生生裂紋紋稱再再熱裂裂紋。。一、再熱裂紋的特征

1、熱裂紋產(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78再熱裂裂紋792、敏感的的溫度度范圍圍:一般在在500～700℃低于500或高于于700℃,再加熱熱不易易出現(xiàn)現(xiàn)再熱熱裂紋紋3、有大大量的的內(nèi)應(yīng)應(yīng)力存存在，，及應(yīng)應(yīng)集中中:在大拘拘束度度的厚厚件或或應(yīng)力力集中中部位位易產(chǎn)產(chǎn)生再再熱裂裂紋4、易產(chǎn)產(chǎn)生在在具有有沉淀淀強(qiáng)化化作用用的鋼鋼材中中:晶界滑滑動(dòng)→微裂→擴(kuò)展→裂紋80二、產(chǎn)產(chǎn)生機(jī)機(jī)理1、一般般條件件e>ec產(chǎn)生裂裂紋e—產(chǎn)生裂裂紋的的晶界界微觀觀局部部的實(shí)實(shí)際塑塑性變變形量量ec：產(chǎn)生裂裂紋的的晶界界微觀觀局部部的最最大塑塑性形形變能能力e實(shí)際塑塑性應(yīng)應(yīng)變：：接頭頭的殘殘余應(yīng)應(yīng)力經(jīng)經(jīng)再加加熱產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力松松馳而而引起起，與與接頭頭的拘拘束度度殘余余應(yīng)力力，應(yīng)應(yīng)力集集中有有關(guān)。。812、再熱熱裂紋紋產(chǎn)生生機(jī)理理1）、晶晶界雜雜質(zhì)析析集弱弱化說說①晶界析集P、S、②硼化物物沿晶晶析集集如果產(chǎn)產(chǎn)生再再熱裂裂紋的的塑性性變形形量為為ec，可以下下式表表示:822）、二二次沉沉淀理理論晶晶內(nèi)沉沉淀強(qiáng)強(qiáng)化①具有沉沉淀強(qiáng)強(qiáng)化的的元素素②焊接高高溫時(shí)時(shí)過a熱區(qū)合合金元元素全全部溶溶入A中，A長(zhǎng)大.③焊后冷冷卻速速度快快，合合金元元素以以過飽飽和形形式溶溶入在在F中，滲滲碳體體，一一般出出現(xiàn)在在位錯(cuò)錯(cuò)、空空位、、缺陷陷等處處。④焊后后再加加熱時(shí)時(shí)（500--700℃℃）833）、高高溫蠕蠕變理理論蠕變定定義：：金屬在在長(zhǎng)時(shí)時(shí)間的的恒溫溫、恒恒應(yīng)力力作用用下，，即使使應(yīng)力力小于于屈服服強(qiáng)度度，也也會(huì)緩緩慢地地產(chǎn)生生塑性性變形形的現(xiàn)現(xiàn)象稱稱為蠕蠕變。。特征：：①材料料內(nèi)的的應(yīng)力力小于于材料料的屈屈服應(yīng)應(yīng)力②與溫度有有關(guān)T蠕變速度③溫度升高高持久強(qiáng)度度下降④高溫下，，晶界強(qiáng)度度低于晶內(nèi)內(nèi)強(qiáng)度841.楔形開開裂應(yīng)力臨界應(yīng)力：2.空位聚集而產(chǎn)生的“空位開裂”最小能量85低合金鋼產(chǎn)產(chǎn)生再熱裂裂紋臨界應(yīng)應(yīng)力關(guān)系式式產(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8687三、影響響因素1.化學(xué)成分對(duì)對(duì)再熱裂紋紋的影響2．晶粒度對(duì)再再熱裂紋的的影響3．焊接接頭不不同部位和和不同組織織對(duì)再熱裂裂紋的影響響(一)、、冶金因素素88(二)工藝措施1、

預(yù)熱熱及后熱預(yù)熱裂200～450℃，后熱可降降低預(yù)熱溫溫度2、線能量的的作用E適當(dāng)增加，，減少過熱熱區(qū)硬度，，裂紋減小小3、低強(qiáng)焊縫縫應(yīng)用減少近縫區(qū)區(qū)塑變的集集中程度，，有利于降降低再熱裂裂紋產(chǎn)生傾傾向4、降低殘余應(yīng)應(yīng)力和避免免應(yīng)力集中中本節(jié)結(jié)束89§5-5層狀撕裂1、產(chǎn)生的部部位和形狀狀宏觀形狀：在外觀上具具有階梯狀狀的形式，，由基本上上平行于軋軋制方向表表面的平臺(tái)臺(tái)與大體上上垂直于平平臺(tái)的剪切切壁所組成成。微觀形狀：：掃描電鏡觀觀察低倍下下：斷口表表面呈典型型的木紋狀狀，是層層層平臺(tái)在不不同高度分分布的結(jié)果果部位：母材或熱影影響區(qū)一、特征及及危害性902、產(chǎn)生在厚厚板結(jié)構(gòu)中中十字接頭,丁字接頭,角接頭，平平臺(tái)局部地地區(qū)有硅酸酸鹽或氧化化物夾雜物物91種類依產(chǎn)生部位位分:第一類是在焊接熱熱影響區(qū)焊焊趾或焊根根冷冷裂紋紋誘發(fā)而形形成層狀措措裂；第二類熱影響區(qū)沿沿夾雜開裂裂；第三類遠(yuǎn)離熱影響響區(qū)母材中中沿夾雜開開裂MnS片狀?yuàn)A雜較較多。92二、形成機(jī)機(jī)理及影響響因素(一)、層狀撕裂裂的形成過過程1、厚板結(jié)結(jié)構(gòu)中焊接接時(shí)剛性拘拘束條件下下，產(chǎn)生較較大的Z向應(yīng)力和應(yīng)應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)應(yīng)變達(dá)到超超過材料的的形變能力力之后，夾夾雜物與金金屬基體之之間弱結(jié)合合面發(fā)生脫脫離，形成成顯微裂紋紋，裂紋尖尖端的缺口口效應(yīng)造成成應(yīng)力、應(yīng)應(yīng)變的集中中，迫使裂裂紋沿自身身所處的平平面擴(kuò)展，，把同一平平面而相鄰鄰的一群夾夾雜物連成成一平，形形成所謂的的“平面””。932、與此同時(shí)時(shí)相鄰近的的兩個(gè)平臺(tái)臺(tái)之間的裂裂紋尖端處處，在應(yīng)力力應(yīng)變影響響下在剪切切應(yīng)力作用用下發(fā)生剪剪切斷裂，，形成“剪剪切壁“，，這些平臺(tái)臺(tái)和剪切壁壁在一起，，構(gòu)成層狀狀撕裂所持持有的階梯梯形狀。94(二)、影響因素素1、非金屬夾夾雜物的種種類2、焊接Z向應(yīng)力3、母材性能能①熱影響區(qū)產(chǎn)產(chǎn)生淬硬組組織、塑性性下降;②加熱150～350℃出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)時(shí)效，塑性性、韌性下下降4、氫的作用用氫氫集聚發(fā)發(fā)生在夾雜雜物和基體體界面上的的氫脆引起起層狀撕裂裂95四、防止措措施(一)選擇母材1精煉鋼2、控制夾雜雜物冶煉降低雜雜質(zhì)，脫S加Ti、Zr或稀土元素素，促使使夾雜物破破碎、球化化(成本高)(二)設(shè)計(jì)和工藝藝措施1、改改變接頭形形式、降低低焊接應(yīng)力力2、應(yīng)應(yīng)盡量避免免單側(cè)焊縫縫等;3、應(yīng)應(yīng)盡量避免免承載焊縫縫4、預(yù)預(yù)熱及后熱熱5、加加軟焊道96接頭形式在在受力最小小時(shí)即可防防止層狀撕撕裂，通過過開坡口來來減輕鋼板板Z向受承受的的應(yīng)力和應(yīng)應(yīng)變。本節(jié)結(jié)束97§5-6應(yīng)力腐蝕撕撕裂(SCC)應(yīng)力腐蝕裂裂紋：金屬材料料在某些特特定介質(zhì)和和拉應(yīng)力共共同作用下下所產(chǎn)生的的延遲破裂裂現(xiàn)象稱應(yīng)應(yīng)力腐蝕裂裂紋。應(yīng)力腐蝕裂裂紋已成為為工業(yè)中特特點(diǎn)是石油油工業(yè)中最最突出的問問題，日本本1965～1975十年間間化工設(shè)備備破壞事故故統(tǒng)計(jì)有50%屬于于應(yīng)力腐蝕蝕開裂，應(yīng)應(yīng)力腐蝕裂裂紋造成危危害極大。。98一、應(yīng)力力腐蝕裂裂紋特征征1、形貌：：外觀：無無明顯的的均勻腐腐蝕痕跡跡，呈龜龜裂形式式斷斷續(xù)續(xù)續(xù)。從橫斷面面來看：：猶如枯枯干的樹樹木的根根須，由由表面向向縱深方方向往里里發(fā)展，，裂口深深寬比大大，細(xì)長(zhǎng)長(zhǎng)而帶有有分支是是其典型型的特點(diǎn)點(diǎn)。從斷口來來看：仍仍保持金金屬光澤澤為典型型脆性斷斷口99應(yīng)力腐蝕蝕裂紋1002、材質(zhì)與與介質(zhì)的的匹配純金屬不不產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力腐蝕蝕裂紋，，凡是合合金即使使含有微微量元素素的合金金，在特特定的腐腐蝕環(huán)境境中都有有一定的的應(yīng)力腐腐蝕開裂裂傾向。。但并不不是說，，任何合合金在任任何介質(zhì)質(zhì)中都產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)力力腐蝕開開裂，一一定的材材料只在在某一定定的腐蝕蝕環(huán)境中中才產(chǎn)生生應(yīng)力腐腐蝕裂紋紋。應(yīng)力腐蝕蝕開裂溫溫度:易易產(chǎn)生在在100～300℃之之間1013、應(yīng)力腐腐蝕開裂裂的臨界界應(yīng)力拉應(yīng)力的的存在是是產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力腐蝕蝕開裂的的先決條條件之一一，造成成應(yīng)力腐腐蝕開裂裂的應(yīng)力力主要是是殘余應(yīng)應(yīng)力。臨界應(yīng)力—引起應(yīng)力腐蝕裂紋開裂的臨界應(yīng)力，與腐蝕介質(zhì)，金屬材料的強(qiáng)度級(jí)別有關(guān)。

102二、應(yīng)力力腐蝕裂裂紋的形形成條件件形成機(jī)理理（一）、、電化學(xué)學(xué)應(yīng)力裂裂機(jī)理從電化學(xué)學(xué)考慮，，把應(yīng)力力腐蝕裂裂紋分為為兩大類類一類為應(yīng)應(yīng)力陽(yáng)極極溶解開開裂簡(jiǎn)記APC另一類應(yīng)應(yīng)力陰極極氫脆開開裂簡(jiǎn)記HEC形成三要要素：1）材材質(zhì)2)腐腐蝕介質(zhì)質(zhì)3)臨臨界拉應(yīng)應(yīng)力103HEC和APC應(yīng)力腐蝕蝕過程104（二）、、機(jī)械破破裂應(yīng)力力腐蝕開開裂機(jī)理理1）、孕育育期應(yīng)力作用用下將產(chǎn)產(chǎn)生不同同程度的的塑性變變形，這這種塑性性變形將將會(huì)產(chǎn)生生“滑移移臺(tái)階””，形成成局部性性的最初初腐蝕裂裂口，造造成拉應(yīng)應(yīng)力集中中，局部部產(chǎn)生滑滑移階梯梯、導(dǎo)致致保護(hù)膜膜破壞。1051061072）、發(fā)展展階段腐蝕裂口口在拉應(yīng)應(yīng)力與介介質(zhì)的共共同作用用下（物物理作用用及化學(xué)學(xué)作用））沿著垂垂直拉應(yīng)應(yīng)方向縱縱深發(fā)展展，呈枯枯干樹枝枝或根須須，且逐逐步出現(xiàn)現(xiàn)分支，，若應(yīng)力力因素占占優(yōu)勢(shì)，，將是某某一裂口口優(yōu)先發(fā)發(fā)展，腐腐蝕因素素占優(yōu)勢(shì)勢(shì)則可能能同時(shí)幾幾條裂口口平行地地發(fā)展3）、潰潰裂階段段發(fā)展的最最快的裂裂紋的最最終崩潰潰性的發(fā)發(fā)展，是是拉應(yīng)力力局部越越來越大大的累積積結(jié)果，，最終破破壞是力力的因素素起主要要作用。108裂紋擴(kuò)展展的幾種種說法陽(yáng)極相的的沉淀腐蝕介質(zhì)質(zhì)的吸附附陰極氫化化反應(yīng)機(jī)械化學(xué)學(xué)效應(yīng)隧洞腐蝕蝕109三、應(yīng)力力腐蝕的的預(yù)防措措施（一）、、結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)1、合理選選材母材材選材必須須有足夠夠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)，，不能只只看材料料牌號(hào)，，不能單單純考慮慮強(qiáng)度級(jí)級(jí)別，因因同一強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)級(jí)，合金金系統(tǒng)不不同，抗抗應(yīng)力腐腐蝕開裂裂的傾向向很大。。2、避免高高應(yīng)力區(qū)區(qū)110（二）、、施工制制造1、合合理選擇擇焊材了解產(chǎn)品品結(jié)構(gòu)的的的工作作條件，，熟悉介介質(zhì)的腐腐蝕特性性，及合合金元素素的特性性，則確確定焊縫縫成分從從而確定定焊接材材料。因因此必須須根據(jù)具具體腐蝕蝕介質(zhì)，，調(diào)整焊焊縫的合合金系統(tǒng)統(tǒng)，以便便提高耐耐應(yīng)力腐腐蝕開裂裂的能力力。1111、合合理制定定裝焊工工藝1）、成形形及裝配配工藝引起應(yīng)力力腐蝕裂裂紋的重重要原因因之一就就是殘余余應(yīng)力，，從部件件成形加加工列組組裝都可可引起殘殘余應(yīng)，，特別是是強(qiáng)制組組裝，例例如用千千斤組裝裝大錯(cuò)口口，可以以形成很很大的殘殘余應(yīng)力力，在組組裝質(zhì)量量不良的的條件下下（錯(cuò)口口）焊接接時(shí)，會(huì)會(huì)造成較較大的殘殘余應(yīng)力力。組裝裝時(shí)所造造成傷痕痕如隨意