第五章 焊接裂紋

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。第五章 焊接裂紋4第一節(jié)第一節(jié)概述概述 一、危害性一、危害性 焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋時(shí)，輕者需要返修焊接結(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，浪費(fèi)人力

2、、物力、時(shí)間，重者造成焊接結(jié)構(gòu)報(bào)廢，無法修補(bǔ)。更嚴(yán)重者造成事故結(jié)構(gòu)報(bào)廢，無法修補(bǔ)。更嚴(yán)重者造成事故、人身傷亡。如：、人身傷亡。如：19691969年有一艘年有一艘5 5萬噸的萬噸的礦石運(yùn)輸船在太平洋上航行時(shí)，斷裂成兩礦石運(yùn)輸船在太平洋上航行時(shí)，斷裂成兩段而沉沒，在壓力容器破壞事故中，有很段而沉沒，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。究焊接裂紋已成為當(dāng)前主要課題。第五章 焊接裂紋5二、焊接裂紋的分類及特征二、焊接裂紋的分類及特征1.按照裂紋走向和分布位置分類：按照裂紋走向和分布位置分類：焊縫中縱向裂紋焊縫

3、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縱向裂紋第五章 焊接裂紋6第五章 焊接裂紋72 2 、按產(chǎn)生本質(zhì)分類、按產(chǎn)生本質(zhì)分類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)也存在。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)），也可看到焊縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無光

4、澤。微觀上，沿晶粒邊界分布，屬于沿晶斷裂性質(zhì)。第五章 焊接裂紋8熱裂紋分類熱裂紋分類結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋：在凝固的過程-結(jié)晶過程中產(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)生開裂。多邊化裂紋多邊化裂紋：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,沿多邊化邊界開裂,多發(fā)生純金屬或單相奧氏體合金焊縫中。第五章 焊接裂紋9HAZ液化裂紋結(jié)晶裂紋多邊化裂紋第五章 焊接裂紋103 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

5、 存在存在部位部位: :多在熱影響區(qū),但也有發(fā)生在焊縫。特特征（斷口）：征（斷口）：宏觀：宏觀： 斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性斷裂特征。微觀：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 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）過程中產(chǎn)生稱再熱裂紋消除應(yīng)力處理裂紋。第五章 焊接裂紋11冷裂紋分類冷裂紋分類：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

6、下，由于收縮應(yīng)變超過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。第五章 焊接裂紋12延遲裂紋第五章 焊接裂紋13 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），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。 第五章 焊接裂紋14 5 5）應(yīng)力腐蝕裂紋：）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。 第五章 焊接裂紋15三三、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

7、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)束第五章 焊接裂紋16第二節(jié)第二節(jié) 焊接熱裂紋焊接熱裂紋 焊接熱裂紋是焊接生產(chǎn)中常見的一種焊接缺焊接熱裂紋是焊接生產(chǎn)中常見的一種焊接缺陷，一般的低碳鋼、低合金鋼，不銹鋼、鋁合陷，一般的低碳鋼、低合金鋼，不銹鋼、鋁合金、鎳基合金等，在焊接過程中都可能會(huì)產(chǎn)生金、鎳基合金等，在焊接過程中都可能會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。熱裂紋。 常見的熱裂紋主要是常見的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多

8、結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋邊化裂紋。有時(shí)把高溫空穴開裂和蠕變開裂（。有時(shí)把高溫空穴開裂和蠕變開裂（包括再熱裂紋）也劃分在熱裂紋當(dāng)中。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。焊接生產(chǎn)中遇到的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋。第五章 焊接裂紋17一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理 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枝狀晶的交界處發(fā)生和發(fā)展的，常見的沿焊縫中心縱向開裂，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹枝狀晶體之間。 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

9、上外，還出現(xiàn)在近縫區(qū)上。第五章 焊接裂紋18結(jié)結(jié)晶晶裂裂紋紋第五章 焊接裂紋19第五章 焊接裂紋20 500圖中上部是焊縫，下部是母材，裂縫分布在先共析鐵素體中第五章 焊接裂紋21 340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)。第五章 焊接裂紋222 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，形成一種所謂的界，形成一種所謂的“液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜”，在焊接拉應(yīng)力作用，在焊接拉應(yīng)力作用下，就可能在這薄弱地帶開

10、裂，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。下，就可能在這薄弱地帶開裂，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因：產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因：液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力 結(jié)晶裂紋是在焊縫結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，但是究竟結(jié)晶裂紋是在焊縫結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，但是究竟產(chǎn)生在結(jié)晶的哪個(gè)階段哪？產(chǎn)生在結(jié)晶的哪個(gè)階段哪？第五章 焊接裂紋23固液階段：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。 第五章

11、 焊接裂紋24 綜上所述：當(dāng)溫度在脆性溫度區(qū)間時(shí)，焊綜上所述：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。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，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?。蝗艉瑧?yīng)變量小，焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的可能性??；若含雜質(zhì)較多或有明顯方向性粗大晶粒時(shí)，脆性

12、溫雜質(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)，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。裂紋傾向大。第五章 焊接裂紋25 從上述的討論中可以看出：由低熔點(diǎn)共晶形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。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

13、以為防止結(jié)晶裂紋的部位，減少裂紋的形成，所以為防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，有時(shí)在焊接過程中加入一定量的硅裂紋的產(chǎn)生，有時(shí)在焊接過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。，利用低熔點(diǎn)共晶形成愈合作用而消除裂紋。第五章 焊接裂紋26為了進(jìn)一步證明結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的條件，焊為了進(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，通過接專家們進(jìn)行了大量的分析和研究，通過一系列的試驗(yàn)，建立了各種不同的理論，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)力與有代表性，他從理論上提出了拉伸應(yīng)力與脆

14、性溫度區(qū)內(nèi)被焊金屬塑性變變化之間的脆性溫度區(qū)內(nèi)被焊金屬塑性變變化之間的關(guān)系。關(guān)系。第五章 焊接裂紋273 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)）。 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。)(TP第五章 焊接裂紋28 在脆性溫度區(qū)焊縫所承受的拉伸在脆性溫度區(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高溫階段晶間塑性變形能力足以承

15、受當(dāng)時(shí)所發(fā)生塑性應(yīng)變量承受當(dāng)時(shí)所發(fā)生塑性應(yīng)變量, ,因此不因此不產(chǎn)生熱裂紋。產(chǎn)生熱裂紋。產(chǎn)生裂紋的條件產(chǎn)生裂紋的條件0se第五章 焊接裂紋29脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的塑性：脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的塑性：T TB B內(nèi)金屬的塑性越內(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、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)晶粒大小和應(yīng)變速率有關(guān)。結(jié)論脆性溫度區(qū)間大?。捍嘈詼囟葏^(qū)間大?。?T TB B大，拉應(yīng)力作用時(shí)間大，拉應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生裂紋可能性大，長(zhǎng)，產(chǎn)生裂紋可能性大，T TB B取決于焊縫化學(xué)成取決于焊縫化學(xué)成分，雜質(zhì)性質(zhì)與分布，晶粒大小。分，雜質(zhì)性質(zhì)與分布，晶粒大小。在

16、在T TB B內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率（拉伸應(yīng)力的增長(zhǎng)率）：內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率（拉伸應(yīng)力的增長(zhǎng)率）：在在T TB B內(nèi)，隨溫度的下降，收縮產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力內(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，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、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。焊件的剛度、焊接的工藝和溫度場(chǎng)等。第五章 焊接裂紋30二、焊接結(jié)晶裂紋的影響因素二、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 1）冶金因素）冶金因素 合金狀態(tài)圖和結(jié)晶溫度傾合金狀態(tài)圖和結(jié)晶溫度傾向向：結(jié)晶裂紋傾向的大

17、小隨著該結(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)間合金狀態(tài)圖結(jié)晶溫度區(qū)間的增大而增加。的增大而增加。 備注：焊接條件下凝固屬于備注：焊接條件下凝固屬于不平衡結(jié)晶。實(shí)際凝固線不平衡結(jié)晶。實(shí)際凝固線比平衡條件下要左移。比平衡條件下要左移。第五章 焊接裂紋31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，互影響，共同作用，甚至彼此矛盾，其中其中各種元素形成低熔點(diǎn)薄膜雜質(zhì)是影響結(jié)晶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。裂紋產(chǎn)生

18、的重要因素。第五章 焊接裂紋32 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)。 第五章 焊接裂紋33b) 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).C0.16% Mn/S脫硫無效,加劇P有害作用，裂 iii).C0.51% 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 MnSFeSMn 含碳量C0.16

19、% P對(duì)形成結(jié)晶裂紋的作用超 過了S，Mn無意義 c) Mn注 意：第五章 焊接裂紋34d) Sid) Si 硅是有利于消除結(jié)晶裂紋的元素，但 Si0.4% 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 e) Ti 、鋯（、鋯（Z Z）和稀土元素）和稀土元素第五章 焊接裂紋35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36

20、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37 焊縫金屬金相組織a、未加入稀土 b、加入2%稀土第五章 焊接裂紋38f) 鎳鎳 焊縫中鎳的加入是為了改善低溫焊縫中鎳的加入是為了改善低溫韌性，但它容易和韌性，但它容易和S S形成低熔點(diǎn)共晶，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)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)格控制焊縫晶裂紋。因此需嚴(yán)格控制焊縫S S、P P的的含量，同時(shí)加入錳、鈦等合金抑制硫含量，同時(shí)加入錳、鈦等合金抑制硫的有害作用。的有害作用。第五章 焊接裂紋39e) 氧 截止到目前為止，還沒有確定

21、的結(jié)論來描述氧對(duì)截止到目前為止，還沒有確定的結(jié)論來描述氧對(duì)結(jié)晶裂紋的影響，但通過一系列的試驗(yàn)表明，在焊縫結(jié)晶裂紋的影響，但通過一系列的試驗(yàn)表明，在焊縫中中OO，降低，降低S S的有害作用，初步解釋為氧、硫、鐵能的有害作用，初步解釋為氧、硫、鐵能形成形成Fe-FeS-FeOFe-FeS-FeO三元共晶，使三元共晶，使FeSFeS由薄膜變成球狀，由薄膜變成球狀，降低產(chǎn)生裂紋的可能性。降低產(chǎn)生裂紋的可能性。 通過以上的分析和探討，合金元素對(duì)結(jié)晶裂紋的通過以上的分析和探討，合金元素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響非常重要，一般認(rèn)為影響非常重要，一般認(rèn)為C C、S S、P P的影響最大，其次的影響最大，其次是是CuCu

22、、NiNi、SiSi、CrCr等，而對(duì)等，而對(duì)N N、O O等的影響還沒有形成等的影響還沒有形成統(tǒng)一的意見。統(tǒng)一的意見。第五章 焊接裂紋40為了能夠根據(jù)化學(xué)成分來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（）、熱裂紋的敏感系數(shù)（）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)第五章 焊接裂紋41 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+

23、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)生晶間斷裂發(fā)生晶間斷裂100T01當(dāng)T 時(shí) =稱金屬的等強(qiáng)溫度稱金屬的等強(qiáng)溫度0T0T10 若焊縫所受拉伸應(yīng)力為若焊縫所受拉伸應(yīng)力為 隨溫度變化始終隨溫度變化始終不超過不超過 ，則不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，則不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋產(chǎn)生結(jié)晶裂紋2001120產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件是冶金因素和力共同作產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件是冶金因素和力共同作 用，二者缺一不可用，二者缺一不可第五章 焊接裂紋473 3、防止結(jié)晶裂紋的措施、防止結(jié)晶裂紋的措施 1 1）

24、冶金方面）冶金方面 控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量，控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量，限制限制S S、P P、C C含量，含量，S S、P0.03%-0.04%P0.03%-0.04%焊絲焊絲C0.12% (C ee ec c 會(huì)產(chǎn)生裂紋會(huì)產(chǎn)生裂紋 ee產(chǎn)生裂紋的晶界微觀局部的實(shí)際塑性變產(chǎn)生裂紋的晶界微觀局部的實(shí)際塑性變形量形量 e ec c：再熱裂紋的臨界塑性變形能力再熱裂紋的臨界塑性變形能力. . e e實(shí)際塑性應(yīng)變是由接頭的殘余應(yīng)力經(jīng)再加實(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)。余應(yīng)力、應(yīng)力集中有關(guān)。 第五

25、章 焊接裂紋91 上面的理論條件雖然被普遍公認(rèn)，但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)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)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、蠕變開裂理論、論、晶內(nèi)二次強(qiáng)化理論、蠕變開裂理論、回火脆性機(jī)理等，對(duì)于不同的理論都應(yīng)有回火脆性機(jī)理等，對(duì)于不同的理論都應(yīng)有簡(jiǎn)單的了解。簡(jiǎn)

26、單的了解。第五章 焊接裂紋922 2、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理學(xué)說、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理學(xué)說 1 1）晶界雜質(zhì)析集弱化學(xué)說）晶界雜質(zhì)析集弱化學(xué)說 晶界上的雜質(zhì)及析出物會(huì)強(qiáng)烈的弱化晶界晶界上的雜質(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，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。脆化，顯著降低晶界的塑性變形能力。 晶界析集晶界析集P P、S S、 硼化物沿晶析集硼化物沿晶析集 如果產(chǎn)生再熱裂紋的臨界塑性變形量為如果產(chǎn)生再熱裂紋的臨界塑性變形量為e ec c，可以用下式進(jìn)行計(jì)算，可以用下式進(jìn)行計(jì)算: :ccRTLeEEc/)1 (第五章 焊接裂紋93 當(dāng)當(dāng)e ec c

27、值越小時(shí)，再熱裂紋的敏感性越大值越小時(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。塑性變形量顯著減小。 近年來國內(nèi)也對(duì)再熱裂紋的問題進(jìn)行分析近年來國內(nèi)也對(duì)再熱裂紋的問題進(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)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)生沿晶斷裂的重要致再熱裂紋敏感性增加和發(fā)生沿晶斷裂的重要原因，即：原因，即：晶界雜質(zhì)析集與產(chǎn)生再熱裂紋有密晶界雜質(zhì)析集與產(chǎn)生再熱裂紋有密切的關(guān)系。切的關(guān)系。第五章 焊接裂紋942 2）二次沉淀理論）二次沉淀理論-晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化 具有沉

28、淀強(qiáng)化的元素具有沉淀強(qiáng)化的元素 焊接高溫時(shí)過熱區(qū)合金元素全部溶入焊接高溫時(shí)過熱區(qū)合金元素全部溶入A A中，并在中，并在A A長(zhǎng)大長(zhǎng)大. .焊后冷卻速度快，合金元素以過飽和焊后冷卻速度快，合金元素以過飽和形式溶入在形式溶入在F F中，出現(xiàn)在位錯(cuò)、空位、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。缺陷等處，實(shí)現(xiàn)晶內(nèi)的強(qiáng)化。這時(shí)應(yīng)力這時(shí)應(yīng)力產(chǎn)生的變形就集中在晶界。產(chǎn)生的變形就集中在晶界。enrbriFMCMWVNZT、0焊后再加熱時(shí)（焊后再加熱時(shí)（500-700500-700）, ,當(dāng)晶界的當(dāng)晶界的塑性不足時(shí)塑性不足時(shí), ,就會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋就會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋. .第五章 焊接裂紋953 3）高溫蠕

29、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)力材料內(nèi)的應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力 蠕變速度蠕變速度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān) 溫度持久升高、強(qiáng)度下降溫度持久升高、強(qiáng)度下降 高溫下，晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度高溫下，晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度第五章 焊接裂紋96 分析再熱溫度條件下的蠕變斷裂機(jī)制可分析再熱溫度條件下的蠕變斷裂機(jī)制可能會(huì)有兩種開裂模型：能會(huì)有兩種開裂模型：1.應(yīng)力集中產(chǎn)生的楔形開裂應(yīng)力集中產(chǎn)生的楔形開裂：根據(jù)晶界粘滯性流根據(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

30、弛的晶粒交動(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)力超過晶界的結(jié)合力時(shí)，界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)此應(yīng)力超過晶界的結(jié)合力時(shí)，就在此處開裂。就在此處開裂。2.空穴聚集而產(chǎn)生的空穴開裂空穴聚集而產(chǎn)生的空穴開裂：根據(jù)點(diǎn)陣空位在根據(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)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大而成為裂紋遭到破壞，在應(yīng)力繼續(xù)作用下，使之?dāng)U大而成為裂紋。第五章 焊接裂紋97楔形開裂的楔形開裂的 應(yīng)力及臨界應(yīng)力及臨界應(yīng)

31、力計(jì)算：應(yīng)力計(jì)算： drEcbPs2)(23dEbPsp)1 ()(222應(yīng)力臨界應(yīng)力：空位聚集而產(chǎn)生的空位聚集而產(chǎn)生的“空位開裂空位開裂”最最小能量計(jì)算：小能量計(jì)算：23327256AW第五章 焊接裂紋98 從目前的關(guān)于再熱裂紋的形成機(jī)理從目前的關(guān)于再熱裂紋的形成機(jī)理的研究成果來看，雖然做了大量的研究的研究成果來看，雖然做了大量的研究工作工作, ,運(yùn)用了各種不同的學(xué)術(shù)理論作為運(yùn)用了各種不同的學(xué)術(shù)理論作為研究的基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ), ,但很難用統(tǒng)一的觀點(diǎn)來解但很難用統(tǒng)一的觀點(diǎn)來解釋清楚再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展過程釋清楚再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展過程, ,因此應(yīng)該考慮綜合因素的作用。因此應(yīng)該考慮綜合因素

32、的作用。目前唯目前唯一得到認(rèn)可的是根據(jù)材料冶金品質(zhì)和應(yīng)一得到認(rèn)可的是根據(jù)材料冶金品質(zhì)和應(yīng)力條件的綜合影響力條件的綜合影響, ,對(duì)于低合金鋼建立了對(duì)于低合金鋼建立了產(chǎn)生再熱裂紋的臨界應(yīng)力關(guān)系式產(chǎn)生再熱裂紋的臨界應(yīng)力關(guān)系式: :第五章 焊接裂紋99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)，則不裂開裂crcr第五章 焊接裂紋100三三 、再熱裂紋的影響因素及其防治、再熱裂紋的影響因素及其防治 影響再熱裂紋

33、的主要因素是影響再熱裂紋的主要因素是鋼種的化鋼種的化學(xué)成分和焊接區(qū)的殘余應(yīng)力學(xué)成分和焊接區(qū)的殘余應(yīng)力。從冶金因素。從冶金因素和焊接工藝兩方面加以分析：和焊接工藝兩方面加以分析：1.1.化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響 2.2.晶粒度對(duì)再熱裂紋的影響晶粒度對(duì)再熱裂紋的影響 3.3.焊接接頭不同部位和不同組織對(duì)焊接接頭不同部位和不同組織對(duì)再熱裂紋的影響再熱裂紋的影響 ( (一一) ) 冶金因素冶金因素 第五章 焊接裂紋1011.1.化學(xué)成分的影響：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

34、影響就越大，當(dāng)鉬的含量達(dá)到相互影響，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)過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)可以大再熱裂紋傾向，在具體條件下，經(jīng)過系統(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。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，但有一定的定量計(jì)算化

35、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)。缺陷，只能作為初步的評(píng)價(jià)。第五章 焊接裂紋1022.2.晶粒度的影響：晶粒度的影響： 晶粒越大，產(chǎn)生裂紋的可能性越大。晶粒越大，產(chǎn)生裂紋的可能性越大。3.3.焊接接頭不同部位和不同組織的影響：焊接接頭不同部位和不同組織的影響： 缺陷缺陷 位于不同位置和組織產(chǎn)生再熱裂紋的情況不同，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)的過熱區(qū)和完全重結(jié)晶區(qū)，產(chǎn)生的可能如：在熱影響區(qū)的過熱區(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，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

36、發(fā)生變化，具有對(duì)缺陷的響應(yīng)性。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。第五章 焊接裂紋103（二）焊接工藝因素（二）焊接工藝因素包含以下五個(gè)方面的內(nèi)容：包含以下五個(gè)方面的內(nèi)容：1 1、焊接材料的影響、焊接材料的影響2 2、焊接方法和熱輸入的影響、焊接方法和熱輸入的影響3 3、預(yù)熱和后熱的影響、預(yù)熱和后熱的影響4 4、接頭設(shè)計(jì)和焊接順序的影響、接頭設(shè)計(jì)和焊接順序的影響5 5、焊后熱處理工藝的影響、焊后熱處理工藝的影響第五章 焊接裂紋1041、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)

37、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。第五章 焊接裂紋1053 3. .預(yù)熱及后熱的影響：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)控制在預(yù)熱有利于防止再熱裂紋，但溫度應(yīng)控制在200200450450并配合后熱才能起到細(xì)化晶粒、降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。低再熱裂紋傾向的作用。 4.4.接頭設(shè)計(jì)和焊接順序的影響：接頭

38、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)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。、分段退焊等方式，減小焊接殘余應(yīng)力。5.5.焊后熱處理工藝的影響：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，避開產(chǎn)生在改善組織和消除應(yīng)力的前提下，避開產(chǎn)生再熱裂紋的溫度敏感區(qū)，熱處理前錘擊焊縫表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。層也有一定作用。本節(jié)結(jié)束第五章 焊接裂紋106第五節(jié)第五節(jié) 層狀撕裂層狀撕裂 在大型的厚壁結(jié)構(gòu)在焊接過程中會(huì)在大型的厚壁結(jié)

39、構(gòu)在焊接過程中會(huì)沿厚度方向出現(xiàn)較大的拉伸應(yīng)力，若鋼沿厚度方向出現(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，稱為層狀撕向出現(xiàn)一種臺(tái)階狀的裂紋，稱為層狀撕裂。裂。 一般層狀撕裂在鋼的表面很難發(fā)現(xiàn)，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。后仍可能會(huì)出現(xiàn)層狀撕裂。一、特征及危害性一、特征及危害性 第五章 焊接裂紋1071 1、產(chǎn)生的部位和形狀、產(chǎn)生的部位和形狀 宏觀形狀：在外觀上具有階梯狀的形宏觀形狀：在外觀上具有階梯狀的形式，由基本上平行于軋制方向

40、表面的平臺(tái)與式，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。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微觀形狀：掃描電鏡觀察低倍下斷口表面呈典型的面呈典型的木紋狀木紋狀，是層層平臺(tái)在不同高度，是層層平臺(tái)在不同高度分布的結(jié)果分布的結(jié)果 部位：母材或熱影響區(qū)部位：母材或熱影響區(qū) 第五章 焊接裂紋1082 2、產(chǎn)生在厚板結(jié)構(gòu)中、產(chǎn)生在厚板結(jié)構(gòu)中 十字接頭十字接頭, ,丁字接頭丁字接頭, ,角接頭，平臺(tái)局部地角接頭，平臺(tái)局部地區(qū)有硅酸鹽或氧化物夾雜物區(qū)有硅酸鹽或氧化物夾雜物 第五章 焊接裂紋109 種類種類 據(jù)產(chǎn)生部位分分為三類：據(jù)產(chǎn)生部位分分為三類：第

41、一類第一類是在是在焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根 由冷裂紋誘發(fā)而形成層狀措裂；由冷裂紋誘發(fā)而形成層狀措裂；第二類第二類是是熱影響區(qū)沿夾雜開裂熱影響區(qū)沿夾雜開裂；是工程；是工程中最常見的。中最常見的。第三類第三類遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開裂遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開裂MnSMnS片狀?yuàn)A雜較多片狀?yuàn)A雜較多的厚板結(jié)構(gòu)中。的厚板結(jié)構(gòu)中。第五章 焊接裂紋110 層狀撕裂主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼的層狀撕裂主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼的厚板厚板焊接結(jié)構(gòu)中焊接結(jié)構(gòu)中，一般此類結(jié)構(gòu)多用于海洋采油平，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臺(tái)、核反應(yīng)堆壓力容器、潛艇外殼等一些重要

42、結(jié)構(gòu)，由于在外觀上沒有任何跡象，無損檢測(cè)結(jié)構(gòu)，由于在外觀上沒有任何跡象，無損檢測(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。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，可以在焊接層狀撕裂屬于冷裂紋的范疇，可以在焊接過程中形成，也可在焊接結(jié)束后啟裂和擴(kuò)展，過程中形成，也可在焊接結(jié)束后啟裂和擴(kuò)展，甚至在使用過程中逐漸形成和發(fā)展，具有一定甚至在使用過程中逐漸形成和發(fā)展，具有一定的延遲性。的延遲性。 第五章 焊接裂紋111二、形成機(jī)理及影響因素二、形成機(jī)理及影響因素 (一一)層狀撕裂的形成過程層狀撕裂的形成過程

43、1 1、厚板結(jié)構(gòu)焊接時(shí)、厚板結(jié)構(gòu)焊接時(shí), ,特別是特別是T T型和角接接頭，型和角接接頭，在強(qiáng)制剛性拘束條件下，產(chǎn)生較大的在強(qiáng)制剛性拘束條件下，產(chǎn)生較大的Z Z向應(yīng)向應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到或超過材料的塑性變力和應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到或超過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，形成所謂的一群夾雜物連成一體，形

44、成所謂的“平臺(tái)平臺(tái)”。 第五章 焊接裂紋1122 2、與此同時(shí)相鄰近的兩個(gè)平臺(tái)之間的裂紋、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，形成用下發(fā)生剪切斷裂，形成“剪切壁剪切壁“，這，這些平臺(tái)和剪切壁在一起，構(gòu)成層狀撕裂所些平臺(tái)和剪切壁在一起，構(gòu)成層狀撕裂所持有的階梯形狀持有的階梯形狀。第五章 焊接裂紋113 從以上的分析可看出：從以上的分析可看出：層狀撕裂的根本層狀撕裂的根本原因是鋼材中存在較多的夾雜物，而在軋制原因是鋼材中存在較多的夾雜物，而在軋制過程中軋成平行于軋向的帶狀?yuàn)A雜物，形成過程中軋成平行于軋向的帶狀?yuàn)A

45、雜物，形成了鋼材力學(xué)性能的各向異性。了鋼材力學(xué)性能的各向異性。試驗(yàn)表明：沿試驗(yàn)表明：沿軋制方向（軋制方向（L L向）和厚度方向（向）和厚度方向（Z Z向）的拉伸向）的拉伸試樣，盡管在強(qiáng)度方面相差不大，單在塑性試樣，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，方面（伸長(zhǎng)率、收縮率等）有很大的差異，Z Z向的伸長(zhǎng)率要比向的伸長(zhǎng)率要比L L向的伸長(zhǎng)率低向的伸長(zhǎng)率低30%-40%30%-40%，所以承受所以承受Z Z向拉伸應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)，很容易向拉伸應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)，很容易沿層狀分布的夾雜處開裂。沿層狀分布的夾雜處開裂。第五章 焊接裂紋114( (二二) )影響因素影響因素 影

46、響層狀撕裂的因素有以下四影響層狀撕裂的因素有以下四個(gè)方面：個(gè)方面：1 1、非金屬夾雜物的影響、非金屬夾雜物的影響2 2、焊接、焊接Z Z向應(yīng)力的影響向應(yīng)力的影響 3 3、氫的作用的影響、氫的作用的影響 4 4、母材性能的影響、母材性能的影響 第五章 焊接裂紋1151.1.非金屬夾雜物的影響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)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。異性、力學(xué)性能差異的內(nèi)在因素。 鋼中常見的夾雜物有硫化物、各種硅酸鹽鋼中常見的夾雜物有硫化物、各種硅酸鹽和鋁

47、酸鹽，其中鋁酸鹽夾雜物呈球形分布，對(duì)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)層狀撕裂的敏感性是呈不規(guī)則的條形分布，對(duì)層狀撕裂的敏感性較大。較大。 第五章 焊接裂紋116 一般情況下，夾雜物在鋼中的分布一般情況下，夾雜物在鋼中的分布和含量用下面兩個(gè)物理量來確定：和含量用下面兩個(gè)物理量來確定： 夾雜物的體積比；試樣中夾雜物的夾雜物的體積比；試樣中夾雜物的總體積與試樣體積之比?？傮w積與試樣體積之比。 夾雜物的累計(jì)長(zhǎng)度：?jiǎn)挝幻娣e上的夾雜物的累計(jì)長(zhǎng)度：?jiǎn)挝幻娣e上的夾雜長(zhǎng)度總和。夾雜長(zhǎng)度總和。 實(shí)驗(yàn)表明

48、：實(shí)驗(yàn)表明：Z向的斷面收縮率隨夾雜物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。的體積比和累計(jì)長(zhǎng)度的增加而顯著下降。第五章 焊接裂紋1172.Z2.Z向的拘束應(yīng)力向的拘束應(yīng)力 厚壁的結(jié)構(gòu)在焊接過程中承受不同程度的厚壁的結(jié)構(gòu)在焊接過程中承受不同程度的Z 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)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)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，證明：在一定焊接條件下，對(duì)于不同的鋼種，存在不同的存在不同的Z Z向臨界拘束應(yīng)力，如果焊接結(jié)構(gòu)向臨界拘束應(yīng)力，如果焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力

49、超過了臨界拘束應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生的應(yīng)力超過了臨界拘束應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。層狀撕裂。第五章 焊接裂紋1183.3.氫的影響氫的影響 一般認(rèn)為，在焊接熱影響區(qū)附近，由冷裂一般認(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，針對(duì)遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材處產(chǎn)生的層狀

50、撕裂，焊縫中的氫不起任何作用，所以氫在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。中的作用要依據(jù)撕裂產(chǎn)生的位置不同而確定。第五章 焊接裂紋1194.4.母材性能的影響母材性能的影響 熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織、熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織、塑塑性下降性下降; ; 加熱加熱150150350350出現(xiàn)應(yīng)變出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)時(shí)效，塑性、韌性下降。效，塑性、韌性下降。第五章 焊接裂紋120三、層狀撕裂的判據(jù)三、層狀撕裂的判據(jù) 常用的評(píng)定方法有：常用的評(píng)定方法有：Z Z向拉伸斷面收縮率：用于無氫條件下母向拉伸斷面收縮率：用于無氫條件下母材的評(píng)定。材的評(píng)定。插銷插銷Z Z向臨界應(yīng)力

51、：用于有氫條件下焊接向臨界應(yīng)力：用于有氫條件下焊接熱影響區(qū)的評(píng)定。熱影響區(qū)的評(píng)定。 第五章 焊接裂紋1211.Z1.Z向拉伸斷面收縮率為判據(jù)：當(dāng)板厚向拉伸斷面收縮率為判據(jù)：當(dāng)板厚6060時(shí)，試樣直徑時(shí)，試樣直徑1010；當(dāng)板厚；當(dāng)板厚6060時(shí)，試樣直時(shí)，試樣直徑徑1515；斷面收縮率應(yīng)不小于；斷面收縮率應(yīng)不小于15%15%，最好在，最好在15%15%-20%-20%之間，大于之間，大于25%25%時(shí)，抗層狀撕裂優(yōu)良。時(shí)，抗層狀撕裂優(yōu)良。2.2.插銷插銷Z Z向應(yīng)力判據(jù)：在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考向應(yīng)力判據(jù)：在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮到慮到含硫量對(duì)層狀撕裂的影響含硫量對(duì)層狀撕裂的影響，提出裂紋敏感，

52、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)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有考慮，具有一硅酸鹽、鋁酸鹽的影響作用沒有考慮，具有一定的局限性。定的局限性。第五章 焊接裂紋122四、防止措施四、防止措施 （一）選擇合適的母材一）選擇合適的母材 通過降低鋼中夾雜物的含量和控制夾雜物的形態(tài)，通過降低鋼中夾雜物的含量和控制夾雜物的形態(tài)，來增加鋼材的抗層狀撕裂的能力。來增加鋼材的抗層狀撕裂的能力。1.1.精煉鋼精煉鋼 用鐵水先期脫硫的辦法，并采用真空脫氣用鐵水先期脫硫的辦法，并采用真

53、空脫氣（O O和和N N），可冶煉出含），可冶煉出含S S量很低的鋼，提高量很低的鋼，提高Z Z向斷面收向斷面收縮率。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題。結(jié)構(gòu)上，可以完全解決層狀撕裂問題。2.2.控制硫化物夾雜的形態(tài)控制硫化物夾雜的形態(tài) 通過加入鈣和稀土元素把通過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，鋼中的硫化錳變成其它元素的硫化物，減輕各向異性，Z Z向的斷面收縮率可達(dá)向的斷面收縮率可達(dá)50

54、%-70%50%-70%，足以抗層狀撕裂。，足以抗層狀撕裂。第五章 焊接裂紋123本節(jié)結(jié)束（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝上的措施（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝上的措施 出發(fā)點(diǎn)：避免出發(fā)點(diǎn)：避免Z向應(yīng)力和減小應(yīng)力集中。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，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)稱焊縫來代替全焊透焊縫；如：?jiǎn)蝹?cè)焊縫改雙側(cè)焊縫；用對(duì)稱焊縫來代替全焊透焊縫；在承受在承受Z Z向力的一側(cè)開坡口；在向力的一側(cè)開坡口；在T T型接頭中預(yù)先堆焊合金型接頭中預(yù)先堆焊合金粉末等粉末等; ;2.預(yù)熱及后熱預(yù)熱及后熱 由于層狀撕裂有時(shí)是由冷裂引起的，通過適當(dāng)提高預(yù)熱由于層狀撕裂有

55、時(shí)是由冷裂引起的，通過適當(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、控制層間溫度、焊后后熱等方式降低氫含量，降低冷裂傾向。裂傾向。3.選擇合適的焊接方法，選擇合適的焊接方法， 采用低氫的焊接方法非常有利采用低氫的焊接方法非常有利 ，如：氣體保護(hù)焊、埋弧焊，如：氣體保護(hù)焊、埋弧焊等，有利于改善抗層狀撕裂性能。等，有利于改善抗層狀撕裂性能。 第五章 焊接裂紋124 再熱裂紋、層狀撕裂其產(chǎn)生和擴(kuò)展再熱裂紋、層狀撕裂其產(chǎn)生和擴(kuò)展的過程，從某種意義上說和熱裂紋、冷的過程，從某種意義上說和熱裂紋、冷裂紋有相同之處，在焊接學(xué)術(shù)界也有不裂紋有相同之處，在焊接學(xué)術(shù)界也有不同的意見，但它們既有共性

56、也有各自的同的意見，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)本著個(gè)性，在防治措施的采用上應(yīng)本著從材從材料上控制、從工藝上調(diào)整、從處理上強(qiáng)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)上的工作程序來保證焊化、從檢驗(yàn)把關(guān)上的工作程序來保證焊接結(jié)構(gòu)，尤其是重要焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，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)。以確保焊接結(jié)構(gòu)件的安全生產(chǎn)。第五章 焊接裂紋125第六節(jié)第六節(jié) 應(yīng)力腐蝕撕裂應(yīng)力腐蝕撕裂(SCC)(SCC) 應(yīng)力腐蝕裂紋：金屬材料在某些特定應(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)

57、力腐蝕裂紋。裂現(xiàn)象稱應(yīng)力腐蝕裂紋。 一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害 應(yīng)力腐蝕裂應(yīng)力腐蝕裂紋已成為工業(yè)中特別是石油化工工業(yè)中最突紋已成為工業(yè)中特別是石油化工工業(yè)中最突出的問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)化工設(shè)備中的焊接結(jié)構(gòu)破出的問題，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：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。應(yīng)力腐蝕裂紋、腐蝕疲勞及氫損傷和氫脆等。日本日本1965196519751975十年間化工設(shè)備破壞事故統(tǒng)十年間化工設(shè)備破壞事故統(tǒng)計(jì)有計(jì)有50%50%屬于應(yīng)力腐蝕開裂，我國屬于應(yīng)力腐蝕開裂，我國1975-19801975-198

58、0年年2020臺(tái)球罐事故中臺(tái)球罐事故中40%40%是由應(yīng)力腐蝕裂紋造是由應(yīng)力腐蝕裂紋造成引起的，危害極大。成引起的，危害極大。第五章 焊接裂紋126二、應(yīng)力腐蝕裂紋特征二、應(yīng)力腐蝕裂紋特征 1、形貌：外觀：無明顯的均勻腐蝕痕跡，呈龜裂形式斷斷續(xù)續(xù)，外觀：無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)。焊縫，也可出現(xiàn)在熱影響區(qū)。橫斷面看：猶如枯干的樹木的根須，由表面向縱深方向橫斷面看：猶如枯干的樹木的根須，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)往里發(fā)展，裂口深寬

59、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)。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。斷口。第五章 焊接裂紋127應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋第五章 焊接裂紋1282 2、合金與介質(zhì)的組配性、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)使含有微量元素的合金，在

60、特定的腐蝕環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕開裂傾向。但并境中都有一定的應(yīng)力腐蝕開裂傾向。但并不是說，任何合金在任何介質(zhì)中都產(chǎn)生應(yīng)不是說，任何合金在任何介質(zhì)中都產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，腐蝕介質(zhì)和材料有一定的匹力腐蝕開裂，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。環(huán)境中才產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 應(yīng)力腐蝕開裂溫度:易產(chǎn)生在100300之間第五章 焊接裂紋129 最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的合金與介最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的合金與介質(zhì)的組配：質(zhì)的組配： 1.1.碳鋼、低合金鋼：碳鋼、低合金鋼： 海洋大氣及海水、工業(yè)大氣、氨溶液、硝酸鹽水海洋大氣及海水