第五章 焊接裂紋

第五章焊接裂紋1第一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(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焊接裂紋2第二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五重點(diǎn)內(nèi)容1、裂紋的分類用一般特征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5、層狀撕裂產(chǎn)生原因及防止6、焊接裂紋綜合分析及判斷，各種裂紋斷口形貌特征。3第三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié) 概述

一、危害性

焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋時(shí)，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。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。4第四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、焊接裂紋的分類及特征1.按照裂紋走向和分布位置分類：①焊縫中縱向裂紋②焊縫上橫向裂紋③熱影響區(qū)縱向裂紋④熱影響區(qū)橫向裂紋⑤火口（弧坑）裂紋⑥焊道下裂紋⑦焊縫內(nèi)部晶間裂紋⑧焊趾裂紋⑨熱影響區(qū)焊縫貫穿裂紋⑩焊縫根部裂紋縱向裂紋5第五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五6第六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、按產(chǎn)生本質(zhì)分類1）熱裂紋（高溫裂紋）產(chǎn)生：熱裂紋(高溫裂紋)，高溫下產(chǎn)生存在部位：焊縫為主,熱影響區(qū)也存在。特征：宏觀看,沿焊縫的軸向成縱向分布（連續(xù)或繼續(xù)），也可看到焊縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無(wú)光澤。微觀上，沿晶粒邊界分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì)。7第七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五熱裂紋分類

結(jié)晶裂紋：在凝固的過(guò)程--結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生高溫液化裂紋：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：產(chǎn)生溫度低于固相線溫度,因存在晶格缺陷(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中。8第八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五HAZ液化裂紋結(jié)晶裂紋多邊化裂紋9第九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）冷裂紋產(chǎn)生溫度：溫度區(qū)間在+100℃～-75℃之間存在部位:多在熱影響區(qū),但也有發(fā)生在焊縫。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：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。2）再熱裂紋（消除應(yīng)力處理裂紋）

由于重新加熱（熱處理）過(guò)程中產(chǎn)生稱再熱裂紋—消除應(yīng)力處理裂紋。10第十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五冷裂紋分類：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)象稱延遲裂紋。淬硬脆化裂紋（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：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)生的裂紋稱低塑性脆化裂紋。11第十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五延遲裂紋12第十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

4）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），在焊接時(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”狀的層狀斷裂并沿穿晶發(fā)展。

13第十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

5）應(yīng)力腐蝕裂紋：

金屬材料在某些腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的延遲破裂現(xiàn)象，稱應(yīng)力腐蝕裂紋。14第十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、熱裂紋與冷裂紋的基本特點(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(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15第十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)焊接熱裂紋

焊接熱裂紋是焊接生產(chǎn)中常見(jiàn)的一種焊接缺陷，一般的低碳鋼、低合金鋼，不銹鋼、鋁合金、鎳基合金等，在焊接過(guò)程中都可能會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。常見(jiàn)的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋。有時(shí)把高溫空穴開(kāi)裂和蠕變開(kāi)裂（包括再熱裂紋）也劃分在熱裂紋當(dāng)中。焊接生產(chǎn)中遇到的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋。16第十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理

1、

產(chǎn)生機(jī)理1）產(chǎn)生部位：結(jié)晶裂紋大部分都沿焊縫樹(shù)枝狀晶的交界處發(fā)生和發(fā)展的，常見(jiàn)的沿焊縫中心縱向開(kāi)裂，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(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)生在焊縫結(jié)晶過(guò)程中的薄弱地帶—晶界，含雜質(zhì)較多的鋼種，除發(fā)生在焊縫上外，還出現(xiàn)在近縫區(qū)上。17第十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)晶裂紋18第十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五19第十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五×500圖中上部是焊縫，下部是母材，裂縫分布在先共析鐵素體中20第二十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

×340裂縫發(fā)生在一次結(jié)晶晶界上的先共析鐵素體中，并沿鐵素體擴(kuò)展，這種情況與非金屬夾雜物呈鏈狀分布在先共析鐵素體中有關(guān)。21第二十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）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：①液態(tài)薄膜 ②拉伸應(yīng)力

結(jié)晶裂紋是在焊縫結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的，但是究竟產(chǎn)生在結(jié)晶的哪個(gè)階段哪？22第二十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五②固液階段：這一區(qū)也稱為“脆性溫度區(qū)”即圖上a、b之間的溫度范圍③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①液固階段：

TB—稱為脆性溫度區(qū)，在此區(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。23第二十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五綜上所述：當(dāng)溫度在脆性溫度區(qū)間時(shí)，焊縫金屬產(chǎn)生裂紋的可能性較大；當(dāng)溫度高于或低于脆性溫度區(qū)時(shí)，焊縫金屬具有較大的抵抗結(jié)晶裂紋的能力，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向小。

一般情況下，雜質(zhì)少的金屬由于脆性溫度區(qū)的范圍窄，拉伸應(yīng)力在此區(qū)間的作用時(shí)間短，應(yīng)變量小，焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的可能性?。蝗艉s質(zhì)較多或有明顯方向性粗大晶粒時(shí)，脆性溫度區(qū)范圍變寬，拉伸應(yīng)力在此區(qū)的作用時(shí)間長(zhǎng)，裂紋傾向大。24第二十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

從上述的討論中可以看出：由低熔點(diǎn)共晶形成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的主要根源。但大量的試驗(yàn)表明當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)共晶的數(shù)量達(dá)到一定界限時(shí)，反而具有愈合裂紋的作用，即低熔點(diǎn)共晶達(dá)到一定數(shù)量后，可以自由流動(dòng)，填充有裂紋的部位，減少裂紋的形成，所以為防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，有時(shí)在焊接過(guò)程中加入一定量的硅，利用低熔點(diǎn)共晶形成愈合作用而消除裂紋。25第二十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五為了進(jìn)一步證明結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的條件，焊接專家們進(jìn)行了大量的分析和研究，通過(guò)一系列的試驗(yàn)，建立了各種不同的理論，其中以前蘇聯(lián)學(xué)者普洛霍洛夫的理論最具有代表性，他從理論上提出了拉伸應(yīng)力與脆性溫度區(qū)內(nèi)被焊金屬塑性變變化之間的關(guān)系。26第二十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件

在ＴＢ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)）。Pmin-△e=△es受拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形用e表示，e=f(T)也是溫度的函數(shù).并按曲線1、2、3變化。27第二十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

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足以承受當(dāng)時(shí)所發(fā)生塑性應(yīng)變量,因此不產(chǎn)生熱裂紋。產(chǎn)生裂紋的條件

28第二十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五②脆性溫度區(qū)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。這與焊縫的化學(xué)成分、晶粒大小和應(yīng)變速率有關(guān)。結(jié)論①脆性溫度區(qū)間大?。篢B大，拉應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生裂紋可能性大，TB取決于焊縫化學(xué)成分，雜質(zhì)性質(zhì)與分布，晶粒大小。③在TB內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率（拉伸應(yīng)力的增長(zhǎng)率）：在TB內(nèi)，隨溫度的下降，收縮產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力增大，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率增大，容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率主要決定于被焊材料的熱物理性能、焊件的剛度、焊接的工藝和溫度場(chǎng)等。29第二十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、焊接結(jié)晶裂紋的影響因素

兩個(gè)方面：冶金因素、力的因素1）冶金因素

①合金狀態(tài)圖和結(jié)晶溫度傾向：結(jié)晶裂紋傾向的大小隨著該合金狀態(tài)圖結(jié)晶溫度區(qū)間的增大而增加。備注：焊接條件下凝固屬于不平衡結(jié)晶。實(shí)際凝固線比平衡條件下要左移。30第三十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五②合金元素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響

合金元素及雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶裂紋的影響十分復(fù)雜，但又非常重要。往往是多種元素相互影響，共同作用，甚至彼此矛盾，其中各種元素形成低熔點(diǎn)薄膜雜質(zhì)是影響結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的重要因素。31第三十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

a)S、P

幾乎在各類鋼中存在都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的傾向，即使微量存在，也會(huì)使結(jié)晶區(qū)間增大。i)S、P增加結(jié)晶溫度區(qū)間,脆性溫度區(qū)間TB↑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因此S、P是是最為有害的雜質(zhì)。32第三十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五b)C

影響結(jié)晶裂紋的主要因素，并且加劇其他元

素的有害作用。

i).C<0.1%C↑結(jié)晶溫度區(qū)間↑,裂紋↑

ii).C>0.16%Mn/S↑脫硫無(wú)效,加劇P有害作用，裂↑

iii).C>0.51%S、P在各相中溶解度低，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)晶呈球狀分布，抗裂↑

含碳量C<0.16%S↑裂↑但加入Mn↑裂↓含碳量C>0.16%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：33第三十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五d)Si

硅是有利于消除結(jié)晶裂紋的元素，

但Si>0.4%易形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽夾雜使裂紋↑對(duì)硫的親合力大，形成高熔點(diǎn)的硫化物，比錳的去硫效果好，消除結(jié)晶裂紋有良好的作用。e)Ti、鋯（Zｒ）和稀土元素34第三十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五焊縫成分CSＰＭnSiCrNiAo0.100.0370.0170.940.540.200.87A１0.090.0150.0141.250.440.190.83注：A１焊縫中加入輕稀土１％焊縫成分分析例如：強(qiáng)度為600MPa焊條研究35第三十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五焊縫沖擊斷口SEM形貌(a)、(b)、(c)未加入稀土(d)、(e)、(f)加入2%稀土36第三十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

焊縫金屬金相組織a、未加入稀土b、加入2%稀土37第三十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五f)鎳焊縫中鎳的加入是為了改善低溫韌性，但它容易和S形成低熔點(diǎn)共晶，而且會(huì)呈膜狀分布于晶界，會(huì)引起結(jié)晶裂紋。因此需嚴(yán)格控制焊縫S、P的含量，同時(shí)加入錳、鈦等合金抑制硫的有害作用。38第三十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五e(cuò))氧

截止到目前為止，還沒(méi)有確定的結(jié)論來(lái)描述氧對(duì)結(jié)晶裂紋的影響，但通過(guò)一系列的試驗(yàn)表明，在焊縫中O↑，降低S的有害作用，初步解釋為氧、硫、鐵能形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜變成球狀，降低產(chǎn)生裂紋的可能性。通過(guò)以上的分析和探討，合金元素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響非常重要，一般認(rèn)為C、S、P的影響最大，其次是Cu、Ni、Si、Cr等，而對(duì)N、O等的影響還沒(méi)有形成統(tǒng)一的意見(jiàn)。39第三十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

為了能夠根據(jù)化學(xué)成分來(lái)判斷焊接條件下焊縫（或母材）對(duì)結(jié)晶裂紋的傾向大小，建立一定的判據(jù)，如：臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率（ＣＳＴ）、熱裂紋的敏感系數(shù)（ＨＣＳ）及最大裂紋長(zhǎng)度等，但這些判據(jù)都是結(jié)合具體鋼種和試驗(yàn)條件得到的，有一定的局限性，而且只考慮化學(xué)成分的影響是不全面的，只能進(jìn)行裂紋傾向的相對(duì)判斷。焊縫對(duì)結(jié)晶裂紋的傾向大小的判據(jù)40第四十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

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)，可以防止裂紋熱裂敏感系數(shù)HCS公式當(dāng)HCS<4時(shí)，可以防止裂紋41第四十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五③凝固結(jié)晶組織形態(tài)對(duì)結(jié)晶裂紋的影響

雜質(zhì)的低熔點(diǎn)共晶所造成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的重要因素。

若將晶界的液態(tài)薄膜改變?yōu)榍驙畹男螒B(tài)，抗裂性↑。42第四十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五—固體晶粒與殘液之間的表面張力—固體晶粒之間的表面張力—固相與液相的接觸角當(dāng)越小越小=0殘液在固體晶粒以薄膜存在裂↑=180°殘液以球狀形態(tài)分布裂↓

固相晶粒之間和固液之間表面張力的平衡關(guān)系為43第四十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五④一次結(jié)晶組織形態(tài)及組織對(duì)結(jié)晶裂紋的影響晶粒大?。壕Я４执罅鸭y的傾向↑初生相：相裂↑裂↓線膨脹系數(shù)小于，相變應(yīng)力↓裂↓44第四十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2)力的因素

在焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的強(qiáng)度小,在脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件。—在脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的強(qiáng)度—在脆性溫度內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力金屬的強(qiáng)度決定于—晶內(nèi)強(qiáng)度—晶間強(qiáng)度45第四十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五T↑↓T>時(shí)，>發(fā)生晶間斷裂當(dāng)T→時(shí)=—稱金屬的等強(qiáng)溫度

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<若焊縫的拉伸應(yīng)力為，>產(chǎn)生結(jié)晶裂紋↓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46第四十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、防止結(jié)晶裂紋的措施

1）冶金方面

①控制焊縫中有害雜質(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)焊接高合金鋼選用超低碳焊絲②改善焊縫的一次結(jié)晶細(xì)化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al等47第四十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2)工藝方面（減少拉應(yīng)力）

a焊接工藝參數(shù)：

b接頭形式：備注：表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊抗裂性高，如圖a，b；熔深較大的對(duì)接和各種角接抗裂性較差，如圖c，d，e，f。48第四十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五c焊接次序：

↓49第四十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、近縫區(qū)液化裂紋

液化裂紋是一種沿奧氏體晶界開(kāi)裂的微裂紋，一般尺寸較小，在0.5㎜以下，特殊情況下達(dá)到1㎜。有時(shí)液化裂紋還會(huì)出現(xiàn)在熔合區(qū)的凹陷區(qū)以及多層焊的層間過(guò)熱區(qū)，一般情況下只有在金相磨片做顯微觀察時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。液化裂紋的尺寸雖然很小，就其本身而言，危害不大，但它常常成為冷裂紋、再熱裂紋、脆性破壞的發(fā)源地，必須引起足夠的重視。50第五十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、

產(chǎn)生部位及原因通常產(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、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)。51第五十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五液化裂紋52第五十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、影響因素

1）化學(xué)成分：主要出現(xiàn)在合金元素多的材料中，有害元素B、Ni、Cr。2）工藝因素：焊接線能量不宜過(guò)大，同時(shí)考慮熔池形狀，倒草帽形不利。4、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53第五十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五五、多邊化裂紋

多邊化裂紋是在形成多邊化的過(guò)程中，由于高溫時(shí)的塑性低而形成的，又稱高溫低塑性裂紋。

1、形成條件（形成機(jī)理）

多數(shù)在焊縫中產(chǎn)生，焊縫金屬結(jié)晶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)發(fā)生移動(dòng)和聚集而形成二次邊界，即“多變化邊界”，在冷卻過(guò)程中，熱塑性降低導(dǎo)致沿多邊化邊界產(chǎn)生裂紋，即多邊化裂紋。

54第五十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、多邊化裂紋的主要特點(diǎn)

1）發(fā)生部位與材料主要發(fā)生在焊縫中，個(gè)別情況也出現(xiàn)在HAZ區(qū)，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55第五十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、影響因素1）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，如：Mo、W、Ti、Ta(鉭）等。2）應(yīng)力狀態(tài)的影響 有應(yīng)力存在，增加原子的活動(dòng)性，使多邊化過(guò)程加速。3）溫度的影響

在形成多邊化過(guò)程的溫度越高所需要的時(shí)間越短。本節(jié)結(jié)束56第五十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)焊接冷裂紋

冷裂紋的危害：冷裂紋是焊接結(jié)構(gòu)中生產(chǎn)中較為普遍的一種裂紋，是在焊接后冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的。由此帶來(lái)的危害性十分嚴(yán)重，往往是在使用過(guò)程中突然出現(xiàn)的，不僅使焊接結(jié)構(gòu)本身受到損失，更重要的是直接威脅人類的生命，必須予以足夠的重視。一、冷裂紋的危害及一般特征

57第五十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五冷裂紋的一般特征：1.產(chǎn)生溫度:在冷卻過(guò)程中，Ms點(diǎn)附近或３00～２00℃下溫度區(qū)間逐漸產(chǎn)生的。2.產(chǎn)生的鋼種和部位:發(fā)生在高碳鋼、中碳鋼、低合金、中合金高強(qiáng)鋼的熱影響區(qū)；合金元素含量多的超高強(qiáng)鋼、鈦合金發(fā)生在焊縫上。３.起源：多發(fā)生在有缺口效應(yīng)和物理化學(xué)不均勻的氫聚集地帶。４.裂紋的走向：沿晶、穿晶兩種狀態(tài)５.產(chǎn)生時(shí)間:可焊后立即出現(xiàn)，也有的幾小時(shí)，天或更長(zhǎng)時(shí)間，被稱為延遲裂紋。

58第五十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、冷裂紋種類延遲裂紋是冷裂紋中一種最普遍的形態(tài)，本章以它為例討論低合金高強(qiáng)鋼的延遲裂紋問(wèn)題。延遲裂紋三種形態(tài)：1）焊趾裂紋2）焊道下裂紋3）根部裂紋59第五十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五１）焊趾裂紋：起源與母材與焊縫的交界處，并伴有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，如：咬邊、未焊透等現(xiàn)象，裂紋的走向與焊道平行，由焊趾表面向母材延伸。２）焊道下裂紋：發(fā)生在淬硬傾向較大的、含氫量較高的熱影響區(qū)，裂紋走向與熔合線平行，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)垂直于熔合線的情況。３）根部裂紋：主要發(fā)生在含氫量高、預(yù)熱溫度不足并伴有根部應(yīng)力集中的部位，可能出現(xiàn)在ＨＡＺ的過(guò)熱區(qū)或焊縫金屬中。

實(shí)際焊接過(guò)程中的延遲裂紋遠(yuǎn)不止三種，但以上三種具有非常典型的代表意義。60第六十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、延遲裂紋的機(jī)理

大量的實(shí)踐和理論研究證明，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、焊接接頭的拘束應(yīng)力。三個(gè)因素在一定條件下相互聯(lián)系、相互促進(jìn)。延遲裂紋的開(kāi)裂過(guò)程存在這兩個(gè)不同的階段，即裂紋的起源和裂紋的擴(kuò)展。我們只從宏觀的角度闡述一下產(chǎn)生延遲裂紋的三要素。61第六十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、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，還有焊接結(jié)構(gòu)、板厚及冷卻條件等。鋼種淬硬傾向越大，越容易產(chǎn)生裂紋，因此采用高強(qiáng)度鋼構(gòu)造焊接結(jié)構(gòu)就具有一定的局限性，其原因?yàn)椋?）形成脆硬的馬氏體2）淬硬產(chǎn)生晶格的缺陷

62第六十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五淬硬馬氏體的形成：

馬氏體是Ｃ在鐵中的固溶體，Ｃ原子以間隙原子存在于晶格中，在焊接條件下，近縫區(qū)的加熱溫度高，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，快速冷卻時(shí)，粗大的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮鸟R氏體，馬氏體本身是一種脆硬的組織，發(fā)生斷裂時(shí)消耗較低的能量，因此焊接接頭有馬氏體的存在，裂紋易于形成和擴(kuò)展。尤其當(dāng)形成孿晶馬氏體后，其硬度更高，脆性更大，對(duì)裂紋的敏感性更強(qiáng)。63第六十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五淬硬形成的晶格缺陷：

金屬在熱力不平衡的條件下會(huì)形成大量的晶格缺陷，主要是空位和位錯(cuò)，研究表明：隨ＨＡＺ焊接熱應(yīng)變量的增加，位錯(cuò)密度也隨之增加，同時(shí)由于應(yīng)力和熱力條件的不平衡，空位和位錯(cuò)不斷移動(dòng)和聚集，當(dāng)數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)，就形成了裂紋源，在應(yīng)力的繼續(xù)作用下不斷的發(fā)生擴(kuò)展而形成裂紋。為了識(shí)別淬硬的程度，常常用硬度做為標(biāo)志，用ＨＡＺ的最高硬度Ｈmax評(píng)定淬硬傾向。64第六十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、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為氫致裂紋或稱氫誘發(fā)裂紋.研究表明：高強(qiáng)鋼焊接接頭的含Ｈ量越高，裂紋的敏感性越大，當(dāng)局部達(dá)到某一值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，此臨界值稱為臨界含氫量，用〔H〕cr表示。鋼中的氫含量分為殘余氫和擴(kuò)散氫兩部分，一般情況下，殘余氫較少，擴(kuò)散氫對(duì)冷裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起決定性作用。在高溫下大部分?jǐn)U散氫逸出金屬，不會(huì)產(chǎn)生裂紋，只有在較低溫度下擴(kuò)散氫具有致裂作用。65第六十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)于氫在形成冷裂紋中的作用可以從以下四個(gè)方面理解：1）氫的來(lái)源及焊縫中的氫含量2）金屬組織對(duì)氫擴(kuò)散的影響3）熱影響區(qū)氫致裂紋產(chǎn)生，氫在致裂過(guò)程中的動(dòng)態(tài)行為4）氫致延遲裂紋開(kāi)裂機(jī)理66第六十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1）氫的來(lái)源及焊縫中的氫含量

來(lái)源：焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹和油污以及環(huán)境濕度等。焊縫中的含氫量與焊條的類型、烘干溫度和焊接冷卻速度有關(guān)。67第六十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）金屬組織對(duì)氫擴(kuò)散的影響

氫在不同組織中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同。在奧氏體中的溶解度大于鐵素體，在鐵素體中的擴(kuò)散速度大于奧氏體。焊接時(shí)在高溫作用下，大量的氫溶解在熔池中，在隨后的冷卻凝固過(guò)程中，溶解度急劇下降，氫極力逸出，但因冷卻很快，使氫來(lái)不及逸出而保留在焊縫金屬中，焊縫中的氫處于過(guò)飽和狀態(tài)。68第六十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）熱影響區(qū)氫致裂紋產(chǎn)生，氫在

致裂過(guò)程中的動(dòng)態(tài)行為

·含碳量較高的鋼對(duì)裂紋和氫脆的敏感性較大，在焊接過(guò)程中盡量控制使焊縫金屬的含碳量低于母材，因此對(duì)于焊接一般低合金鋼時(shí)，延遲裂紋往往出現(xiàn)在熱影響區(qū)。

·在焊接過(guò)程中由于熱源的高溫作用，焊縫金屬中溶解了很多的氫，冷卻時(shí)又極力進(jìn)行擴(kuò)散和逸出，原子氫從焊縫向熱影響區(qū)的擴(kuò)散的情況可以通過(guò)下圖表明。69第六十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五F+PAMA裂70第七十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五4）氫致延遲裂紋開(kāi)裂機(jī)理

在50年對(duì)充氫鋼延遲裂紋現(xiàn)象進(jìn)行研究表明：在拉伸斷裂時(shí)存在一個(gè)上臨界應(yīng)力，超過(guò)此應(yīng)力，試件很快斷裂，不存在延遲現(xiàn)象；存在一個(gè)下臨界應(yīng)力，低于此應(yīng)力時(shí)，氫是無(wú)害的，無(wú)論橫載多久，試件不會(huì)斷裂；在上、下臨界應(yīng)力之間，就會(huì)出現(xiàn)氫引起的延遲斷裂，由加載到發(fā)生裂紋之前要經(jīng)過(guò)一段潛伏期，然后是裂紋的傳播和斷裂。下圖是延遲裂紋時(shí)間與應(yīng)力的關(guān)系

71第七十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五72第七十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五氫致裂紋目前有幾種說(shuō)法

①氫的應(yīng)力擴(kuò)散理論②空穴氫壓脆化學(xué)說(shuō)

③氫吸附脆化學(xué)說(shuō)73第七十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五裂縫頂端三向應(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74第七十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)論

氫所誘發(fā)的裂紋，從潛伏、萌生、擴(kuò)展，以致開(kāi)裂是具有延遲的特征。從產(chǎn)生第一道開(kāi)始，不斷的重復(fù)發(fā)生，所以說(shuō)焊接延遲裂紋是由許多單個(gè)的微裂紋斷續(xù)合并而形成的宏觀裂紋。75第七十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

3.焊接接頭的拘束應(yīng)力

1）焊接接頭的拘束應(yīng)力a.不均勻加熱和冷卻過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力，其大小與母材焊條金屬的熱物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。b.金屬相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力—相變，是由組織比容不同而產(chǎn)生的。c.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、構(gòu)件的自重、負(fù)載情況等。

76第七十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五定義（R）：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度焊縫,在焊接接頭根部間隙產(chǎn)生單位長(zhǎng)度彈性位移所需要的力。即定義為拘束度。符號(hào)：R

2）拘束度：拘束應(yīng)力的大小取決于拘束

度，表示母材對(duì)反作用力的剛度77第七十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五公式：

E—母材金屬的彈性模量 —板厚 l—焊縫長(zhǎng)度 L—拘束距離

78第七十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）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79第七十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五 —合金元素的裂紋敏感指數(shù)（反映了淬硬傾向）四、影響焊接冷裂紋因素及防止

1)鋼種化學(xué)成分的影響1、影響因素

冷裂紋判據(jù)應(yīng)用于 、w—裂紋敏感指數(shù)上述公式是經(jīng)驗(yàn)式,有一定的適用范圍可參考

確定避免冷裂紋的預(yù)熱溫度。80第八十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）拘束應(yīng)力的影響

拘束應(yīng)力是焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的必備條件，然而正確地估算焊接拘束應(yīng)力的大小是十分困難的。由于焊接結(jié)構(gòu)的類型很多，各種結(jié)構(gòu)又有不同的板厚、坡口形式和焊接位置，使焊接時(shí)產(chǎn)生不同的拘束應(yīng)力，會(huì)形成焊接區(qū)不同的冷裂傾向，工程上常常借助拘束度來(lái)求得拘束應(yīng)力。81第八十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3)氫的有害影響4)工藝影響

焊接線能量：過(guò)大，近縫區(qū)晶粒粗大，降低接頭的抗裂性；過(guò)小，使HAZ淬硬，不利于氫的逸出，增加冷裂傾向。

預(yù)熱；可有效防止冷裂紋，但溫度控制很重要，溫度過(guò)高產(chǎn)生附加應(yīng)力、惡化工作環(huán)境，。

后熱：使擴(kuò)散氫充分逸出，在一定程度上降低殘余應(yīng)力的作用，改善組織，降低淬硬性。

多層焊；后層對(duì)前層有消氫作用和改善HAZ組織的作用。但應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度。 82第八十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、防止措施：冶金、工藝兩方面1）冶金措施①?gòu)囊睙捈夹g(shù)上提高鋼材的品質(zhì)，采用低碳微量多合金元素的強(qiáng)化方式或采用精煉技術(shù)降低鋼中的雜質(zhì)。②[H]↓，選用低氫焊接材料，低氫焊接方法如CO2焊等，③控制氫的來(lái)源，烘干焊條消理焊件焊絲④加入某些合金元素，提高塑性⑤采用奧氏體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83第八十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）工藝措施①選擇合適的焊接線能量，如q↑和V冷↓、使t100↑，減少裂紋但有晶粒粗大現(xiàn)象。②預(yù)熱冷卻速度↓，增加[H]外逸。③后熱[H]↓，消氫處理350℃保溫1-2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，采用后熱并配合低溫的預(yù)熱特別見(jiàn)效。84第八十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

總結(jié)本節(jié)結(jié)束防止焊接冷裂紋的途徑是多方面的，其中冶金方面的因素占主要地位（鋼種的化學(xué)成分、雜質(zhì)及焊接過(guò)程中的氫），而焊接工藝也是防止焊接冷裂紋的重要手段，特別是選擇合適的預(yù)熱溫度、后熱溫度和降低拘束應(yīng)力尤其重要。在焊接生產(chǎn)過(guò)程中，為防止焊接冷裂紋，一定要嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程執(zhí)行，加強(qiáng)焊接過(guò)程的管理，避免出現(xiàn)焊接缺陷，同時(shí)嚴(yán)格控制焊接時(shí)的裝配順序，必要時(shí)采用焊接工裝。85第八十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四節(jié)再熱裂紋

(SR裂紋）

定義：焊后再加熱,消除應(yīng)力退火,高溫工作時(shí)500—600℃過(guò)程中產(chǎn)生裂紋稱再熱裂紋。對(duì)于一些重要的厚板結(jié)構(gòu)，如：核電站的壓力殼、厚壁容器、潛艇結(jié)構(gòu)等，焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理是不可缺少的工序之一，對(duì)于沉淀強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼或高溫合金，在焊接后不產(chǎn)生裂紋，而在熱處理中或高溫下工作一段時(shí)間產(chǎn)生裂紋，如國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的一些鍋爐汽包爆裂引起的傷亡事故、主蒸汽管道爆裂的事故，多起源于再熱裂紋。86第八十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、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(kāi)裂，裂紋大部分是晶間斷裂，沿熔合線方向在奧氏體粗晶粒邊界發(fā)展,裂紋并不是連續(xù)的,而是斷續(xù)的,遇細(xì)晶就停止擴(kuò)展.

2、敏感的溫度范圍:一般在500～700℃,低于500℃或高于700℃,再加熱也不易出現(xiàn)再熱裂紋

87第八十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五再熱裂紋88第八十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、在消除應(yīng)力處理之前,焊接區(qū)有大量的內(nèi)應(yīng)力及應(yīng)變集中出現(xiàn),在大拘束度的厚件或應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生再熱裂紋，應(yīng)力集中系數(shù)越大，產(chǎn)生再熱裂紋所需的臨界應(yīng)力越小。

4、易產(chǎn)生在具有沉淀強(qiáng)化作用的鋼材中,產(chǎn)生過(guò)程為:晶界滑動(dòng)→微裂→擴(kuò)展→裂紋,碳素鋼和固溶強(qiáng)化的金屬材料一般不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋.

89第八十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、產(chǎn)生機(jī)理

大量試驗(yàn)研究表明:再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動(dòng)導(dǎo)致微裂而發(fā)生和擴(kuò)展的.1、一般條件e>ec會(huì)產(chǎn)生裂紋

e—產(chǎn)生裂紋的晶界微觀局部的實(shí)際塑性變形量ec：再熱裂紋的臨界塑性變形能力.e實(shí)際塑性應(yīng)變是由接頭的殘余應(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)。90第九十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

上面的理論條件雖然被普遍公認(rèn)，但對(duì)產(chǎn)生再熱裂紋的具體機(jī)制存在不同的看法：有人認(rèn)為晶界弱化是主要的；有人強(qiáng)調(diào)晶內(nèi)強(qiáng)化是主要的。因此對(duì)再熱裂紋的解釋也有不同的看法，各自強(qiáng)調(diào)自己試驗(yàn)范圍內(nèi)的結(jié)論，如：晶界雜質(zhì)析集弱化理論、晶內(nèi)二次強(qiáng)化理論、蠕變開(kāi)裂理論、回火脆性機(jī)理等，對(duì)于不同的理論都應(yīng)有簡(jiǎn)單的了解。91第九十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理學(xué)說(shuō)

1）晶界雜質(zhì)析集弱化學(xué)說(shuō)晶界上的雜質(zhì)及析出物會(huì)強(qiáng)烈的弱化晶界，使晶界滑動(dòng)時(shí)喪失聚合力，導(dǎo)致晶界脆化，顯著降低晶界的塑性變形能力。

①晶界析集P、S、

②硼化物沿晶析集如果產(chǎn)生再熱裂紋的臨界塑性變形量為ec，可以用下式進(jìn)行計(jì)算:92第九十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

當(dāng)ec值越小時(shí)，再熱裂紋的敏感性越大，而且隨著雜質(zhì)含量的增多，產(chǎn)生再熱裂紋的塑性變形量顯著減小。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也對(duì)再熱裂紋的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)硼化物有沿晶析集的現(xiàn)象，它是導(dǎo)致再熱裂紋敏感性增加和發(fā)生沿晶斷裂的重要原因，即：晶界雜質(zhì)析集與產(chǎn)生再熱裂紋有密切的關(guān)系。93第九十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）二次沉淀理論--晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化

①具有沉淀強(qiáng)化的元素②焊接高溫時(shí)過(guò)熱區(qū)合金元素全部溶入A中，并在A長(zhǎng)大.③焊后冷卻速度快，合金元素以過(guò)飽和形式溶入在F中，出現(xiàn)在位錯(cuò)、空位、缺陷等處，實(shí)現(xiàn)晶內(nèi)的強(qiáng)化。這時(shí)應(yīng)力產(chǎn)生的變形就集中在晶界。④焊后再加熱時(shí)（500--700℃）,當(dāng)晶界的塑性不足時(shí),就會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋.94第九十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）高溫蠕變理論

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)象稱為蠕變。特征：

①材料內(nèi)的應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力②蠕變速度與溫度有關(guān)③溫度持久升高、強(qiáng)度下降④高溫下，晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度95第九十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五分析再熱溫度條件下的蠕變斷裂機(jī)制可能會(huì)有兩種開(kāi)裂模型：1.應(yīng)力集中產(chǎn)生的楔形開(kāi)裂：根據(jù)晶界粘滯性流動(dòng)的觀點(diǎn)，認(rèn)為在蠕變條件下，在發(fā)生松弛的晶粒交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)晶界的結(jié)合力時(shí)，就在此處開(kāi)裂。2.空穴聚集而產(chǎn)生的空穴開(kāi)裂：根據(jù)點(diǎn)陣空位在應(yīng)力和溫度的作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空位聚集到與應(yīng)力方向垂直的晶界上達(dá)到足夠數(shù)目時(shí)，晶界的結(jié)合面會(huì)遭到破壞，在應(yīng)力繼續(xù)作用下，使之?dāng)U大而成為裂紋。96第九十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五楔形開(kāi)裂的應(yīng)力及臨界應(yīng)力計(jì)算：應(yīng)力臨界應(yīng)力：空位聚集而產(chǎn)生的“空位開(kāi)裂”最小能量計(jì)算：97第九十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五從目前的關(guān)于再熱裂紋的形成機(jī)理的研究成果來(lái)看，雖然做了大量的研究工作,運(yùn)用了各種不同的學(xué)術(shù)理論作為研究的基礎(chǔ),但很難用統(tǒng)一的觀點(diǎn)來(lái)解釋清楚再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展過(guò)程,因此應(yīng)該考慮綜合因素的作用。目前唯一得到認(rèn)可的是根據(jù)材料冶金品質(zhì)和應(yīng)力條件的綜合影響,對(duì)于低合金鋼建立了產(chǎn)生再熱裂紋的臨界應(yīng)力關(guān)系式:98第九十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五低合金鋼產(chǎn)生再熱裂紋臨界應(yīng)力關(guān)系式產(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99第九十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、再熱裂紋的影響因素及其防治

影響再熱裂紋的主要因素是鋼種的化學(xué)成分和焊接區(qū)的殘余應(yīng)力。從冶金因素和焊接工藝兩方面加以分析：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)冶金因素

100第一百頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.化學(xué)成分的影響：隨鋼種和合金的不同而不同。珠光體耐熱鋼中鉻和鉬就相互影響，鉬量增加鉻的影響就越大，當(dāng)鉬的含量達(dá)到一定值后，鉻含量的增加再熱裂紋產(chǎn)生的可能性反而下降。鋼或合金中的雜質(zhì)越多，聚集于晶界使之弱化，增大再熱裂紋傾向，在具體條件下，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)可以確定各種雜質(zhì)的臨界含量和相互的制約關(guān)系。

目前的研究成果中有許多關(guān)于再熱裂紋的參數(shù)公式，以定量計(jì)算化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋敏感性的影響，但有一定的缺陷，只能作為初步的評(píng)價(jià)。101第一百零一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.晶粒度的影響：晶粒越大，產(chǎn)生裂紋的可能性越大。3.焊接接頭不同部位和不同組織的影響：缺陷位于不同位置和組織產(chǎn)生再熱裂紋的情況不同，如：在熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)和完全重結(jié)晶區(qū)，產(chǎn)生的可能性有非常大的區(qū)別；在熔合區(qū)有余高和咬邊的情況下，再熱裂紋的延伸趨勢(shì)將發(fā)生變化，具有對(duì)缺陷的響應(yīng)性。102第一百零二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）焊接工藝因素包含以下五個(gè)方面的內(nèi)容：1、焊接材料的影響2、焊接方法和熱輸入的影響3、預(yù)熱和后熱的影響4、接頭設(shè)計(jì)和焊接順序的影響5、焊后熱處理工藝的影響103第一百零三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、焊接材料的影響：選用低匹配的焊接材料，適當(dāng)降低再熱裂紋產(chǎn)生溫度區(qū)間焊縫金屬的強(qiáng)度，提高其塑性變形能力，可以減輕焊接熱影響區(qū)塑性應(yīng)變的集中程度，對(duì)降低再熱裂紋的敏感性非常有益。在實(shí)際生產(chǎn)中可以采用只在焊縫表層焊或其他方法獲得低強(qiáng)度高塑性的焊縫表面，就有一定的好處。2、焊接方法和熱輸入的影響：熱輸入增大會(huì)導(dǎo)致晶粒粗化嚴(yán)重，再熱裂紋的敏感性增大。不同的焊接方法獲得不同的熱輸入量，對(duì)于淬硬傾向大的鋼種，電弧焊比其它焊接方法更有效。104第一百零四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.預(yù)熱及后熱的影響：預(yù)熱有利于防止再熱裂紋，但溫度應(yīng)控制在200～450℃并配合后熱才能起到細(xì)化晶粒、降低再熱裂紋傾向的作用。4.接頭設(shè)計(jì)和焊接順序的影響：

接頭的設(shè)計(jì)必須盡量減小拘束應(yīng)力，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中；焊接順序可以采取分段對(duì)稱焊接、分段退焊等方式，減小焊接殘余應(yīng)力。5.焊后熱處理工藝的影響：

在改善組織和消除應(yīng)力的前提下，避開(kāi)產(chǎn)生再熱裂紋的溫度敏感區(qū)，熱處理前錘擊焊縫表層也有一定作用。本節(jié)結(jié)束105第一百零五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五節(jié)層狀撕裂

在大型的厚壁結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中會(huì)沿厚度方向出現(xiàn)較大的拉伸應(yīng)力，若鋼中含有較多的雜質(zhì)，會(huì)沿鋼板的軋制方向出現(xiàn)一種臺(tái)階狀的裂紋，稱為層狀撕裂。一般層狀撕裂在鋼的表面很難發(fā)現(xiàn)，即使用超聲波探傷合格的鋼板，在焊接后仍可能會(huì)出現(xiàn)層狀撕裂。一、特征及危害性

106第一百零六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、產(chǎn)生的部位和形狀

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：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：母材或熱影響區(qū)

107第一百零七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、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

108第一百零八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

種類

據(jù)產(chǎn)生部位分分為三類：

第一類是在焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根由冷裂紋誘發(fā)而形成層狀措裂；

第二類是熱影響區(qū)沿夾雜開(kāi)裂；是工程中最常見(jiàn)的。

第三類遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開(kāi)裂MnS片狀?yuàn)A雜較多的厚板結(jié)構(gòu)中。

109第一百零九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

層狀撕裂主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼的厚板焊接結(jié)構(gòu)中，一般此類結(jié)構(gòu)多用于海洋采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆壓力容器、潛艇外殼等一些重要結(jié)構(gòu)，由于在外觀上沒(méi)有任何跡象，無(wú)損檢測(cè)又很難發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)現(xiàn)也很難修復(fù)，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，往往引起災(zāi)難性的事故。層狀撕裂屬于冷裂紋的范疇，可以在焊接過(guò)程中形成，也可在焊接結(jié)束后啟裂和擴(kuò)展，甚至在使用過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展，具有一定的延遲性。

110第一百一十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、形成機(jī)理及影響因素

(一)層狀撕裂的形成過(guò)程1、厚板結(jié)構(gòu)焊接時(shí),特別是T型和角接接頭，在強(qiáng)制剛性拘束條件下，產(chǎn)生較大的Z向應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到或超過(guò)材料的塑性變形能力之后，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體，形成所謂的“平臺(tái)”。111第一百一十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、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。112第一百一十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

從以上的分析可看出：層狀撕裂的根本原因是鋼材中存在較多的夾雜物，而在軋制過(guò)程中軋成平行于軋向的帶狀?yuàn)A雜物，形成了鋼材力學(xué)性能的各向異性。試驗(yàn)表明：沿軋制方向（L向）和厚度方向（Z向）的拉伸試樣，盡管在強(qiáng)度方面相差不大，單在塑性方面（伸長(zhǎng)率、收縮率等）有很大的差異，Z向的伸長(zhǎng)率要比L向的伸長(zhǎng)率低30%-40%，所以承受Z向拉伸應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)，很容易沿層狀分布的夾雜處開(kāi)裂。113第一百一十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五(二)影響因素

影響層狀撕裂的因素有以下四個(gè)方面：1、非金屬夾雜物的影響2、焊接Z向應(yīng)力的影響3、氫的作用的影響4、母材性能的影響

114第一百一十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.非金屬夾雜物的影響非金屬夾雜物的種類、數(shù)量、和分布形態(tài)是產(chǎn)生層狀撕裂的基本原因，是形成鋼種各向異性、力學(xué)性能差異的內(nèi)在因素。鋼中常見(jiàn)的夾雜物有硫化物、各種硅酸鹽和鋁酸鹽，其中鋁酸鹽夾雜物呈球形分布，對(duì)層狀撕裂的敏感性稍差，而硫化物和硅酸鹽都是呈不規(guī)則的條形分布，對(duì)層狀撕裂的敏感性較大。

115第一百一十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五一般情況下，夾雜物在鋼中的分布和含量用下面兩個(gè)物理量來(lái)確定：夾雜物的體積比；試樣中夾雜物的總體積與試樣體積之比。夾雜物的累計(jì)長(zhǎng)度：?jiǎn)挝幻娣e上的夾雜長(zhǎng)度總和。實(shí)驗(yàn)表明：Z向的斷面收縮率隨夾雜物的體積比和累計(jì)長(zhǎng)度的增加而顯著下降。116第一百一十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.Z向的拘束應(yīng)力

厚壁的結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中承受不同程度的Z向拘束應(yīng)力，同時(shí)焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和負(fù)載，是形成層狀撕裂的力學(xué)條件，大量的試驗(yàn)證明：在一定焊接條件下，對(duì)于不同的鋼種，存在不同的Z向臨界拘束應(yīng)力，如果焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)了臨界拘束應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。117第一百一十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.氫的影響一般認(rèn)為，在焊接熱影響區(qū)附近，由冷裂紋誘發(fā)為層狀撕裂的主要影響因素是氫，因此有的研究人員把層狀撕裂作為冷裂紋的另外一種形態(tài)加以研究，認(rèn)為其產(chǎn)生的主要原因是由氫引起的，產(chǎn)生的機(jī)理與冷裂紋相同。但如果針對(duì)遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材處產(chǎn)生的層狀撕裂，焊縫中的氫不起任何作用，所以氫在層狀撕裂中的作用要依據(jù)撕裂產(chǎn)生的位置不同而確定。118第一百一十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.母材性能的影響①熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織、塑性下降;②加熱150～350℃出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)效，塑性、韌性下降。119第一百一十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、層狀撕裂的判據(jù)

常用的評(píng)定方法有：Z向拉伸斷面收縮率：用于無(wú)氫條件下母材的評(píng)定。插銷Z向臨界應(yīng)力：用于有氫條件下焊接熱影響區(qū)的評(píng)定。

120第一百二十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.Z向拉伸斷面收縮率為判據(jù)：當(dāng)板厚≤60㎜時(shí)，試樣直徑10㎜；當(dāng)板厚≥60㎜時(shí)，試樣直徑15㎜；斷面收縮率應(yīng)不小于15%，最好在15%-20%之間，大于25%時(shí)，抗層狀撕裂優(yōu)良。2.插銷Z向應(yīng)力判據(jù)：在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮到含硫量對(duì)層狀撕裂的影響，提出裂紋敏感性評(píng)定公式，計(jì)算公式中包含化學(xué)成分裂紋敏感系數(shù)、擴(kuò)散氫含量、鋼中的硫含量等，但對(duì)硅酸鹽、鋁酸鹽的影響作用沒(méi)有考慮，具有一定的局限性。121第一百二十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、防止措施

（一）選擇合適的母材

通過(guò)降低鋼中夾雜物的含量和控制夾雜物的形態(tài)，來(lái)增加鋼材的抗層狀撕裂的能力。

1.精煉鋼用鐵水先期脫硫的辦法，并采用真空脫氣

（O和N），可冶煉出含S量很低的鋼，提高Z向斷面收

縮率。同時(shí)采用向鋼液內(nèi)吹入氬氣、鈣鎂合金化合物

的方式，可以冶煉出高純凈鋼，用在大型重要的焊接

結(jié)構(gòu)上，可以完全解決層狀撕裂問(wèn)題。

2.控制硫化物夾雜的形態(tài)通過(guò)加入鈣和稀土元素把

鋼中的硫化錳變成其它元素的硫化物，減輕各向異性，Z向的斷面收縮率可達(dá)50%-70%，足以抗層狀撕裂。

122第一百二十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五本節(jié)結(jié)束（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝上的措施出發(fā)點(diǎn)：避免Z向應(yīng)力和減小應(yīng)力集中。1.改變接頭形式、降低焊接應(yīng)力，如：?jiǎn)蝹?cè)焊縫改雙側(cè)焊縫；用對(duì)稱焊縫來(lái)代替全焊透焊縫；在承受Z向力的一側(cè)開(kāi)坡口；在T型接頭中預(yù)先堆焊合金粉末等;2.預(yù)熱及后熱

由于層狀撕裂有時(shí)是由冷裂引起的，通過(guò)適當(dāng)提高預(yù)熱、控制層間溫度、焊后后熱等方式降低氫含量，降低冷裂傾向。3.選擇合適的焊接方法，采用低氫的焊接方法非常有利

，如：氣體保護(hù)焊、埋弧焊等，有利于改善抗層狀撕裂性能。123第一百二十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

再熱裂紋、層狀撕裂其產(chǎn)生和擴(kuò)展的過(guò)程，從某種意義上說(shuō)和熱裂紋、冷裂紋有相同之處，在焊接學(xué)術(shù)界也有不同的意見(jiàn)，但它們既有共性也有各自的個(gè)性，在防治措施的采用上應(yīng)本著從材料上控制、從工藝上調(diào)整、從處理上強(qiáng)化、從檢驗(yàn)把關(guān)上的工作程序來(lái)保證焊接結(jié)構(gòu)，尤其是重要焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，以確保焊接結(jié)構(gòu)件的安全生產(chǎn)。124第一百二十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六節(jié)應(yīng)力腐蝕撕裂(SCC)

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)象稱應(yīng)力腐蝕裂紋。一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害

應(yīng)力腐蝕裂紋已成為工業(yè)中特別是石油化工工業(yè)中最突出的問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)化工設(shè)備中的焊接結(jié)構(gòu)破壞事故主要是由腐蝕而引起的環(huán)境脆化，如：應(yīng)力腐蝕裂紋、腐蝕疲勞及氫損傷和氫脆等。日本1965～1975十年間化工設(shè)備破壞事故統(tǒng)計(jì)有50%屬于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，我國(guó)1975-1980年20臺(tái)球罐事故中40%是由應(yīng)力腐蝕裂紋造成引起的，危害極大。125第一百二十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、應(yīng)力腐蝕裂紋特征

1、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)，而且在焊縫上以近似橫向發(fā)展的裂紋居多，多出現(xiàn)在焊縫，也可出現(xiàn)在熱影響區(qū)。橫斷面看：猶如枯干的樹(shù)木的根須，由表面向縱深方向往里發(fā)展，裂口深寬比大到幾十倍至一百倍以上，細(xì)長(zhǎng)而尖銳，往往存在大量二次裂紋，即帶有多量分支是其典型的特點(diǎn)。斷口看：仍保持金屬光澤為典型脆性斷口，常附有腐蝕產(chǎn)物或氧化現(xiàn)象，斷口呈沿晶或穿晶，有時(shí)為混合型斷口。126第一百二十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五應(yīng)力腐蝕裂紋127第一百二十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、合金與介質(zhì)的組配性

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，腐蝕介質(zhì)和材料有一定的匹配性，即某一合金只有在某些特定的腐蝕環(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100～300℃之間128第一百二十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的合金與介質(zhì)的組配：1.碳鋼、低合金鋼：

海洋大氣及海水、工業(yè)大氣、氨溶液、硝酸鹽水溶液、苛性堿水溶液、含H2S的水溶液、碳酸鹽和重碳酸鹽溶液等。2.奧氏體不銹鋼：氯化物水溶液、海洋氣氛及海水、苛性堿高溫水溶液、含H2S的水溶液、水蒸氣（260℃）、高溫高壓含氧純水、濃縮鍋爐水等。129第一百二十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.鐵素體不銹鋼：高溫高壓水、H2S的水溶液、海水、海洋氣氛、高溫堿溶液等。4.鋁合金；氯化鈉水溶液、海洋氣氛、海水等。5.黃銅：水蒸氣、氯化鐵、氮、氫、二氧化碳的混合物等。6.鈦合金：硝酸、海水、氟里昂、甲醇、甲醇蒸汽等。7.鎳合金：氟化氫、苛性堿、氟酸鹽等。130第一百三十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、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

—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)。131第一百三十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的機(jī)理

（一）電化學(xué)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理從電化學(xué)考慮，把應(yīng)力腐蝕裂紋分為兩大類一類為應(yīng)力陽(yáng)極溶解開(kāi)裂簡(jiǎn)記APC另一類應(yīng)力陰極氫脆開(kāi)裂簡(jiǎn)記HEC形成三要素：1）材質(zhì)（合金)，2)腐蝕介質(zhì)，3)臨界拉應(yīng)力目前常用的解釋理論有三種：132第一百三十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五陽(yáng)極溶解和陰極氫脆應(yīng)力腐蝕過(guò)程在應(yīng)力作用下，陽(yáng)極發(fā)生金屬的溶解，金屬以離子狀態(tài)溶入介質(zhì)。電子在金屬內(nèi)部直接從陽(yáng)極流向陰極，與金屬表面含有氫質(zhì)子的介質(zhì)接觸，形成氫原子，并向金屬中擴(kuò)散，形成氫脆。133第一百三十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理

焊接結(jié)構(gòu)件在應(yīng)力的作用下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形，當(dāng)變形量大到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“滑移臺(tái)階”，但目前缺乏對(duì)此動(dòng)態(tài)過(guò)程的觀察，當(dāng)滑移臺(tái)階的高度大于氧化膜的厚度時(shí)，就會(huì)使金屬氧化膜破裂，金屬暴露于表面，在腐蝕介質(zhì)的作用下，金屬很快被溶解，并發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋，顯然這種腐蝕開(kāi)裂是以陽(yáng)極溶解腐蝕開(kāi)裂為主，并與滑移臺(tái)階的大小有關(guān)。焊接接頭各個(gè)部位由于組織和晶粒大小的不同，對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋的敏感性也不同，其中以熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)最為敏感。134第一百三十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五135第一百三十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展機(jī)理

應(yīng)力腐蝕裂紋經(jīng)過(guò)裂紋的開(kāi)始形核、擴(kuò)展和破裂三個(gè)階段。1）孕育期其產(chǎn)生過(guò)程同機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕的機(jī)理相同。2）擴(kuò)展階段：腐蝕裂口在介質(zhì)和應(yīng)力的共同作用下，沿垂直于拉應(yīng)力的方向向縱深發(fā)展，而且逐步出現(xiàn)分枝，由于結(jié)構(gòu)材質(zhì)、服役環(huán)境和應(yīng)力狀況的不同，擴(kuò)展途徑分為三類：136第一百三十六頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五A：由起裂點(diǎn)開(kāi)始，一直向縱深發(fā)展，只有少量分枝，主要以穿晶形式開(kāi)裂，發(fā)生在強(qiáng)度較高的不銹鋼和高強(qiáng)鋼。B：由起裂點(diǎn)開(kāi)始，一直沿橫向發(fā)展，形成樹(shù)根狀的密集分枝，可以穿晶形式開(kāi)裂，主要發(fā)生在強(qiáng)度較低的不銹鋼和對(duì)氫敏感的超高強(qiáng)鋼。C:中間類：介于A、B類之間，由起裂點(diǎn)開(kāi)始，既向深處發(fā)展又向橫向發(fā)展，其行經(jīng)具有沿晶特征，主要發(fā)生在不銹鋼構(gòu)件中。137第一百三十七頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五裂紋擴(kuò)展的幾種說(shuō)法

陽(yáng)極相的沉淀腐蝕介質(zhì)的吸附陰極氫化反應(yīng)機(jī)械化學(xué)效應(yīng)隧洞腐蝕

138第一百三十八頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）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。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展途徑與結(jié)晶學(xué)的晶面有密切的關(guān)系,其特征與結(jié)晶裂紋有相似之處,但應(yīng)力腐蝕裂紋又具有延遲裂紋的特征,其形成和開(kāi)裂的情況介于冷、熱裂紋之間。139第一百三十九頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、應(yīng)力腐蝕裂紋的影響因素及其防治

應(yīng)力腐蝕裂紋的影響因素是多方面的，防止途徑可根據(jù)其產(chǎn)生的原因有針對(duì)性的進(jìn)行，我們從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析其影響因素：1.應(yīng)力的作用2.介質(zhì)的作用140第一百四十頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.應(yīng)力的作用：

拉應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的先決條件，壓應(yīng)力不會(huì)產(chǎn)生SCC，在沒(méi)有拉應(yīng)力存在的條件下，可以產(chǎn)生SCC的環(huán)境，只能引起微不足道的一般腐蝕。從最新的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明；形成SCC的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力，約占80%，其中由焊接引起的殘余應(yīng)力約占30%，由成形加工（彎曲、矯形、脹管等）引起的殘余應(yīng)力約占45%，外加應(yīng)力（承受載荷或熱應(yīng)力）占20%。141第一百四十一頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.介質(zhì)的影響：

介質(zhì)的濃度和溫度對(duì)具體合金的影響是不同的。如：碳鋼和低合金鋼在H2S介質(zhì)中將引起應(yīng)力陰極氫脆開(kāi)裂，并隨著H2S濃度的增大，臨界應(yīng)力顯著降低，有水共存時(shí)，影響會(huì)更嚴(yán)重。焊接接頭的SCC臨界應(yīng)力遠(yuǎn)小于相應(yīng)強(qiáng)度母材的抗拉強(qiáng)度，往往抗拉強(qiáng)度越高，SCC的臨界應(yīng)力越??；如果用硬度做判據(jù)，也有相同的規(guī)律。在室溫下，SCC傾向最大，溫度降低或升高會(huì)使SCC的傾向下降。142第一百四十二頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五應(yīng)力腐蝕裂紋的防治：從兩個(gè)方面進(jìn)行：設(shè)計(jì)的合理性和施工質(zhì)量的保證.1.設(shè)計(jì)的合理性設(shè)計(jì)在腐蝕介質(zhì)中工作的部件，首先應(yīng)選擇耐蝕材料，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)裂的傾向不同；其次結(jié)構(gòu)和接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地減小應(yīng)力集中和高應(yīng)力區(qū)。143第一百四十三頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2.施工制造

1）合理選擇焊接材料了解產(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，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。一般使用等化學(xué)成分或等組織原則。144第一百四十四頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）合理制定裝焊工藝

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，從部件成形加工到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)邊，可以形成很大的殘余應(yīng)力，在組裝質(zhì)量不良的條件下（缺口）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。

145第一百四十五頁(yè)，共一百六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五焊接工藝

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