第五章焊接應(yīng)力變形裂紋

第五章焊接應(yīng)力、變形與裂紋1主要內(nèi)容第一節(jié)焊接應(yīng)力第二節(jié)焊接變形第三節(jié)焊接裂紋23第一節(jié)焊接應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力（internalstress）：在沒有外力的條件下，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。焊接瞬時(shí)應(yīng)力（instantaneousstress

）：在焊接加熱和冷卻過程中某一瞬時(shí)焊件中存在的應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力（residualstress

）：焊件完全冷卻、溫度均勻化后殘存于焊件中的應(yīng)力。相變應(yīng)力（phasetransformationstress）：金屬材料在固態(tài)相變過程中，各部分發(fā)生相變的先后時(shí)刻不同，各部分發(fā)生的相變程度也不同，由此而產(chǎn)生的應(yīng)力。4一、內(nèi)應(yīng)力的形成（一）熱應(yīng)力（thermalstress）工件在受熱及冷卻過程中，由于各部分的溫度不同，冷卻速度不同而造成工件上在同一時(shí)刻各部分的收縮和膨脹量不同，從而導(dǎo)致彼此相互制約而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。加熱,出現(xiàn)塑性變形后的殘余應(yīng)力

當(dāng)加熱變形在彈性范圍內(nèi)，冷卻后，殘余應(yīng)力等于零。當(dāng)加熱變形超過彈性范圍（產(chǎn)生塑性變形），冷卻后，有殘余應(yīng)變，導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，如右下圖所示。E-彈性模量α-線脹系數(shù)△T-溫升5

產(chǎn)生原因：非均勻加熱，工件各部分膨脹和收縮量不同；材料各部分相互制約，不能自由膨脹和收縮。平截面假定：焊接加熱和冷卻過程中工件端面始終保持平截面。焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生過程：加熱過程、冷卻過程，如右圖所示。（二）焊接應(yīng)力與變形6（三）相變應(yīng)力低碳鋼、低合金鋼：相變溫度大于600℃，無相變應(yīng)力高合金鋼：奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)，200～350℃發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，體積增大，產(chǎn)生較大壓應(yīng)力7（四）機(jī)械阻礙應(yīng)力產(chǎn)生原因：焊件冷卻過程中產(chǎn)生的收縮受到外界的阻礙。應(yīng)力：拉應(yīng)力或切應(yīng)力影響：應(yīng)力的疊加，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生焊件內(nèi)應(yīng)力的組成：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、機(jī)械阻礙應(yīng)力8二、焊接殘余應(yīng)力的分布焊接應(yīng)力的分類：縱向應(yīng)力：沿焊縫方向的應(yīng)力，

x

。橫向應(yīng)力：垂直于焊縫方向的應(yīng)力，

y

。厚度向應(yīng)力：沿板厚度方向的應(yīng)力，

z。薄板：為雙向應(yīng)力，不考慮厚度方向應(yīng)力。厚板：為三向應(yīng)力，考慮厚度方向應(yīng)力。9（一）縱向殘余應(yīng)力

x的分布1011

（二）橫向殘余應(yīng)力

y的分布

橫向殘余應(yīng)力的分布情況比較復(fù)雜。它分為兩個(gè)組成部分。其中，一個(gè)是由焊縫及附近塑性區(qū)的縱向收縮引起的；另一個(gè)是由焊縫及附近塑性區(qū)的橫向收縮的不同時(shí)性引起的。12焊縫縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力

y的分布13焊縫橫向收縮的不同時(shí)性引起的橫向殘余應(yīng)力

y的分布14橫殘余向應(yīng)力沿板寬的分布

實(shí)踐證明橫向殘余應(yīng)力

y主要取決于縱向收縮所引起的

y

。15三、減小或消除焊接殘余應(yīng)力的措施1.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：避免焊縫的交叉和密集；采用對(duì)接避免搭接；減小結(jié)構(gòu)的剛度。2.選擇合理的工藝及采取必要的措施：小線能量焊接，減小受熱范圍；安排合理的焊接順序。163.焊接殘余應(yīng)力的消除熱處理、機(jī)械加載、振動(dòng)（交變載荷）機(jī)械拉伸法17第二節(jié)焊接變形

焊接變形：由焊接導(dǎo)致的焊件的形狀尺寸發(fā)生變化。殘余變形：焊后工件完全冷卻后，遺留下的變形。整體變形局部變形18一、焊接變形的基本形式收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形19二、影響變形的因素1.材料熱物理性能膨脹系數(shù)導(dǎo)熱性2.工藝因素焊接熱輸入焊接長度坡口形狀、焊縫位置的設(shè)置、結(jié)構(gòu)的剛度、裝焊順序等201.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、防止和減少焊接變形的方法21222.工藝措施

（1）反變形法2324（2）剛性固定法252627（3）預(yù)留收縮量28（4）合理的工藝采用熱輸入較小的焊接方法選擇合適的焊接參數(shù)合理的施焊順序29（5）焊接變形的矯正機(jī)械矯正、火焰矯正、綜合矯正1）機(jī)械矯正30312）火焰矯正323）綜合矯正第三節(jié)焊接裂紋

一、概述33根據(jù)裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，焊接裂紋可分為：焊接熱裂紋結(jié)晶裂紋液化裂紋多邊化裂紋焊接冷裂紋延遲裂紋淬硬脆化裂紋低塑性裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋34353637各種裂紋的基本特征如表5-1所示3839二、焊接熱裂紋（一）熱裂紋的主要特征熱裂紋出現(xiàn)時(shí)間：在結(jié)晶后期，鄰近固相線的溫度范圍內(nèi)，焊后立即產(chǎn)生；結(jié)晶裂紋主要產(chǎn)生鋼種：在含碳、硫、磷等雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中和單相奧氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金的焊縫中；熱裂紋主要分布位置：在焊縫中心、弧坑，有的分布在焊縫的柱狀晶晶界，有的分布在熱影響區(qū)的過熱區(qū)熱裂紋的顯微特征：產(chǎn)生具有沿晶開裂特征，它是沿原奧氏體晶界開裂，裂紋尖端圓鈍，裂紋表面還多伴隨有氧化色彩。熱裂紋的產(chǎn)生與焊縫和熱影響區(qū)中碳、硫、磷等雜質(zhì)的含量及結(jié)晶后期硫、磷等在晶界形成的低熔點(diǎn)共晶有關(guān)；40（二）熱裂紋的分類1.結(jié)晶裂紋焊縫結(jié)晶過程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂，故稱結(jié)晶裂紋。2.液化裂紋近縫區(qū)或多層焊的層間部位，在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，由于被焊金屬含有較多的低熔點(diǎn)共晶而被重新熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶界發(fā)生開裂3.多邊化裂紋焊接時(shí)焊縫或近縫區(qū)在固相線稍下的高溫區(qū)間，由于剛凝固的金屬中存在很多晶格缺陷(主要是位錯(cuò)和空位)及嚴(yán)重的物理和化學(xué)不均勻性，在一定的溫度和應(yīng)力作用下，由于這些晶格缺陷的遷移和聚集，便形成了二次邊界，即所謂“多邊化邊界”。因邊界上堆積了大量的晶格缺陷，所以它的組織性能脆弱，高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性都很差，只要有輕微的拉伸應(yīng)力，就會(huì)沿多邊化的邊界開裂，產(chǎn)生所謂產(chǎn)多邊化裂紋”41（三）結(jié)晶裂紋形成的機(jī)理

結(jié)晶裂紋是在液態(tài)薄膜和拉應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的，其中液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件42431.結(jié)晶過程中焊縫金屬的塑性（P223）液固階段：固液階段：完全凝固階段：44在L相和L-S階段不會(huì)產(chǎn)生裂紋S-L階段易產(chǎn)生裂紋，這一溫度區(qū)間稱為“脆性溫度區(qū)間”TB。TB越大，越易產(chǎn)生裂紋。S相階段不會(huì)產(chǎn)生裂紋。當(dāng)溫度高于或低于a~b之間的脆性溫度期間時(shí)，焊縫金屬抵抗裂紋的能力較大，裂紋傾向小雜質(zhì)較小的金屬，由于脆性溫度期間較窄，拉伸應(yīng)力的作用時(shí)間短，總應(yīng)變小，裂紋傾向小雜質(zhì)較多的金屬，或焊縫晶粒粗大、方向性明顯，脆性溫度期間較寬，拉伸應(yīng)力作用時(shí)間長，裂紋傾向大低熔點(diǎn)共晶的“愈合”作用：低熔點(diǎn)共晶較多時(shí)，可以自由流動(dòng)，填充裂口，反而不產(chǎn)生裂紋452.結(jié)晶裂紋形成的條件（P224）普洛霍夫：拉伸應(yīng)力與脆性溫度期內(nèi)被焊金屬塑性變化間的關(guān)系（1）

應(yīng)變按曲線1變化在固相線TS附近的應(yīng)變?yōu)椤鱡，此時(shí)焊縫的塑性儲(chǔ)備量△es=Pmin-△e>0，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。（2）應(yīng)變按曲線2變化在固相線TS附近，焊縫的塑性儲(chǔ)備量△es=Pmin-△e＝0，應(yīng)變△e恰好與焊縫金屬的最低塑性值Pmin相等，此時(shí)處于臨界狀態(tài)。（3）應(yīng)變按曲線3變化在固相線TS附近，焊縫的塑性儲(chǔ)備量△es=Pmin-△e<0焊縫應(yīng)變值△e已超過焊縫金屬的最低塑性值Pmin，此時(shí)必然產(chǎn)生裂紋。46產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件：在脆性溫度期間TB內(nèi)焊縫所承受的拉伸應(yīng)變大于焊縫金屬所具有的塑性?；蛘哒f，焊縫金屬在TB內(nèi)的塑性儲(chǔ)備△es=Pmin-△e<0時(shí)就產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。1）TB的大小，TB越大，應(yīng)變量也越大，裂紋的傾向就越大。冶金因素2）在TB內(nèi)金屬的塑性越小，裂紋的傾向就越大。冶金因素3）在TB內(nèi)應(yīng)變?cè)鲩L率越大，裂紋的傾向越大。力學(xué)因素47（四）影響結(jié)晶裂紋的因素及防止措施

是否產(chǎn)生結(jié)晶裂紋取決于：焊縫金屬的脆性溫度區(qū)間TB的大小脆性溫度區(qū)內(nèi)的最小塑性Pmin脆性溫度區(qū)內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L率這些因素之間的相互關(guān)系

因此，從本質(zhì)上看，影響結(jié)晶裂紋的因素主要可歸納為冶金因素和力的因素1.冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響冶金因素：合金狀態(tài)圖的類型、化學(xué)成分和結(jié)晶組織形態(tài)等。（1）

合金狀態(tài)圖的類型和結(jié)晶溫度區(qū)間的影響：合金狀態(tài)圖中結(jié)晶溫度區(qū)間越大，脆性溫度區(qū)間也越大，結(jié)晶裂紋傾向越大4849（2）硫、磷的影響結(jié)晶區(qū)間增大，結(jié)晶裂紋傾向增高形成低熔共晶，裂紋傾向大極易偏析，對(duì)各種裂紋均敏感5051（3）碳的影響碳不僅本身會(huì)顯著增大結(jié)晶溫度區(qū)間（見Fe-C平衡圖），而且還會(huì)加劇硫、磷的偏析（因?yàn)橐合嘀械南任龀鱿嘤搔南噢D(zhuǎn)變?yōu)棣孟啵?、磷在γ相中的溶解度比在δ相中低很多，?dǎo)致硫、磷析出并富集在晶界），加大裂紋的傾向。是影響結(jié)晶裂紋的主要元素52（4）其它合金元素的影響1)錳的影響錳具有脫硫作用，同時(shí)也能改善硫化物的分布形態(tài)使薄膜狀FeS改變?yōu)榍驙罘植嫉腗nS，提高了焊縫的抗裂性隨含C量的增加，Mn/S應(yīng)增加C≥0.1%，Mn/S≥22C=0.11%~0.125%，Mn/S≥30C=0.126%~0.155%，Mn/S≥59C>0.16%（包晶點(diǎn)），增加Mn/S失效（因P的危害超過S），必須嚴(yán)格控制P的含量。中碳鋼（C0.4%），S、P小于0.017%，S+P小于0.025%2)硅的影響硅是δ相形成元素，應(yīng)有利于消除結(jié)晶裂紋，但硅含量超過0.4%時(shí)，容易形成硅酸鹽夾雜，從而增加了裂紋傾向3)鈦、鋯和稀土鈦、鋯和鑭、鈰等稀土元素能形成高熔點(diǎn)的硫化物。例如，TiS的熔點(diǎn)約為2000～2100℃、ZrS熔點(diǎn)為2100℃、La2S3熔點(diǎn)在2000℃以上、CeS熔點(diǎn)2450℃。因此，采用鈦、鋯和鑭、鈰等稀土元素的脫硫效果比錳還好（MnS熔點(diǎn)1610℃），故對(duì)消除結(jié)晶裂紋有良好作用。4)鎳鎳在低合金鋼中易于與硫形成低熔共晶（Ni與Ni3S2的共晶熔點(diǎn)僅645℃），因此會(huì)引起結(jié)晶裂紋5354（5）

一次結(jié)晶組織形態(tài)的影響焊縫在結(jié)晶后，晶粒大小、形態(tài)和方向，以及析出的初生相等對(duì)抗裂性都有很大的影響。晶粒越粗大，柱狀晶的方向越明顯，則產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向就越大。55562.力學(xué)因素對(duì)產(chǎn)生凝固裂紋的影響從上面冶金因素的討論中可以知道，焊縫金屬在脆性溫度區(qū)內(nèi)塑性低和脆性溫度區(qū)的范圍寬是產(chǎn)生凝固裂紋的主要原因，這種條件雖很必要，但不充分。那么產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件是什么呢？那就是必須要有力的作用。即“焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的延性δ要小于脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)變?chǔ)拧?，即δ＜ε?7根據(jù)金屬的高溫強(qiáng)度可以知道，金屬強(qiáng)度σm主要決定于金屬的晶內(nèi)強(qiáng)度σG和晶間強(qiáng)度σ0，它們都隨溫度升高而降低(見右圖)，然而σ0下降較快。當(dāng)溫度達(dá)到T0時(shí)，σG＝σ0，所以T0稱為等強(qiáng)溫度。當(dāng)溫度高于T0時(shí)，則σG＞σ0，此時(shí)如發(fā)生斷裂必然是晶間斷裂，焊接時(shí)的晶間裂紋就屬這種性質(zhì)。如果此時(shí)焊縫所承受的拉伸應(yīng)力為σ2，隨溫度變化始終低于σ0，則不會(huì)產(chǎn)生裂紋。若焊縫承受的拉伸應(yīng)力為σ1，在某一溫度超過金屬的晶間強(qiáng)度σ0，即σ1＞σ0，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。這就是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件。58（四）防止凝固裂紋的措施1.冶金因素方面（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量它們不僅能形成低熔共晶，而且還能促使偏析，因此這些元素將會(huì)大大增加結(jié)晶裂紋的敏感性。為了消除它們的有害作用，應(yīng)盡可能限制母材和焊接材料中的硫、磷、碳的含量，根據(jù)目前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：S、P都應(yīng)小于0.03%~0.04％。用于低碳鋼和低合金鋼的焊絲含碳量，一般不得超過0.12％。焊接高合金鋼時(shí)要求更高，硫、磷含量必須控制在0.03％以下，焊絲中的含碳量也要嚴(yán)格限制，甚至要求采用超低碳焊絲(C0.03％~0.06％)。一些重要的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用堿性焊條或焊劑，可以有效地控制有害雜質(zhì)，防止結(jié)晶裂紋產(chǎn)生或降低傾向。59（四）防止凝固裂紋的措施（2）改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒是提高抗裂性的重要途徑廣泛采用的辦法是向焊縫中加入細(xì)化晶粒元素(如Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al、稀土等)。對(duì)于不銹鋼焊接時(shí)，為了提高抗裂性、抗腐性，希望得到γ十δ的雙相組織焊縫(δ相控制在5％左右)，這也是改善凝固結(jié)晶的重要方面。應(yīng)指出，對(duì)于某些結(jié)晶裂紋傾向較大的材料(高強(qiáng)鋁合金)，為了防止結(jié)晶裂紋，特意增多焊縫中易熔共晶的數(shù)量，使之具有“愈合”裂紋的作用。但這種方法會(huì)帶來其他不利影響(降低接頭性能)，故應(yīng)適當(dāng)控制。2.工藝因素的影響及防治措施冷卻速度的影響接頭的冷卻速度越大，所產(chǎn)生的應(yīng)變率也越大。增加線能量E和提高預(yù)熱溫度，減小應(yīng)變速率，降低裂紋傾向（P231公式）焊接速度的影響接頭形式的影響（圖5-26）焊接次序的影響：小剛度條件下，對(duì)稱焊接焊接，減小應(yīng)力減小熔合比：減小應(yīng)力，減少母材的C、S、P進(jìn)入焊縫采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)條手法：減少咬邊等缺陷60612.工藝因素方面工藝方面主要是焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、接頭型式和好接順序等，用工藝方法防止凝固裂紋主要是改善焊接時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。（1）焊接工藝及工藝參數(shù)從理論上來講，焊接時(shí)焊縫承受拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)變量為△e，那么每瞬時(shí)的應(yīng)變量(即應(yīng)變率)應(yīng)為△e/△t，根據(jù)焊接傳熱學(xué)理論，應(yīng)變率可用下式表示：62如屬厚大焊件，則由導(dǎo)出如屬薄板焊接，則由導(dǎo)出從上二式看出，適當(dāng)增加焊接線能量E和提高預(yù)熱溫度T0，即可減小焊縫金屬的應(yīng)變率，從而降低凝固裂紋的傾向。但增加線能量會(huì)使近縫區(qū)的金屬過熱。提高預(yù)熱溫度又會(huì)惡化勞動(dòng)條件，所以采用這種方法受到限制。63（2）接頭形式焊接接頭形式不同，將影響接頭的受力狀態(tài)、結(jié)晶條件和熱的分布等，因而凝固裂紋的傾向也不同。如右圖所示，表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊縫抗裂性較高(圖a，b)。熔深較大的對(duì)接和各種角接(包括搭接、T形接頭和外角接捍縫等)抗裂性較差(圖c、d、e、f)。因?yàn)檫@些焊縫所承受的應(yīng)力正好作用在焊縫的結(jié)晶面上，而這個(gè)面是晶粒之間聯(lián)系較差，雜質(zhì)聚集的地方，故易于引起裂紋。對(duì)于厚板焊接結(jié)構(gòu)，施工時(shí)常采用多層焊，裂紋傾向比單層焊有所緩和，但對(duì)各層的熔探應(yīng)注意控制。另外，在接頭處應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中(錯(cuò)邊、咬肉、未焊透等)，也是降低裂紋傾向的有效辦法。64（3）焊接次序施工時(shí)焊接次序是很重要的，同樣的焊接方法和焊接材料，只是因焊接次序不同，可能具有不同的凝固裂紋傾向。總的原則是盡量使大多數(shù)焊縫能在較小剛度的條件下焊接，使焊縫的受力較小。例如鍋爐管板與管束的捍接，如下圖所示，采用同心圓式和平行線式都不利于應(yīng)力疏散，只有采用放射交叉式的焊接次序才能分散應(yīng)力。65在一般情況下，盡可能采用對(duì)稱施焊，以利分散應(yīng)力，減小裂紋傾向。一些簡要的對(duì)稱焊法參見下圖。66（五）近縫區(qū)液化裂紋

1、

產(chǎn)生部位及材料通常產(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裂性質(zhì)，裂紋斷口呈典型的晶間開裂特征。

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)67液化裂紋683、影響因素

1）、化學(xué)成分2）、工藝因素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69（六）多邊化裂紋1、形成條件（形成機(jī)理）

多邊化現(xiàn)象，焊縫金屬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)極易運(yùn)動(dòng)，在不同平面上運(yùn)動(dòng)的刃型位錯(cuò)遇到障礙時(shí)可能發(fā)生攀移，由原來的水平組合變成后來的垂直組合，即形成“位錯(cuò)壁”就是多邊化現(xiàn)象。

702、特點(diǎn)

1）、發(fā)生部位與材料發(fā)生在焊縫中，常見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713、影響因素

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)721）合金成分的影響

在焊縫中加入一些提高多邊化過程激活能的元素，可有效阻止多邊化過程2）應(yīng)力狀態(tài)的影響

有應(yīng)力存在，使多邊化過程加速3）溫度的影響

在形成多邊化過程的溫度越高時(shí)間越短73

冷裂紋是焊件在焊接冷卻到室溫附近產(chǎn)生的一種裂紋，它是焊接缺陷中最普遍而又極危險(xiǎn)的一種。包括淬火裂紋、氫致裂紋和低塑性脆化裂紋。主要討論氫致裂紋（Hydrogen-inducedCracking,HIC）或稱之為延遲裂紋（DelayedCracking）。三、焊接冷裂紋74冷裂紋的形成條件：ε≥δminε與工件的拘束應(yīng)力有關(guān)。δmin取決于材料的致脆因素，主要是淬硬組織和氫的脆化作用。發(fā)生的溫度：Ms以下至室溫附近淬硬傾向較大的鋼種焊接時(shí)容易出現(xiàn)，如中C、高C和高強(qiáng)鋼。Cr-Ni奧氏體鋼因?yàn)榫哂械偷膹椥詷O限和高的塑性，所以很少形成冷裂。（一）冷裂紋的分類1.延遲裂紋這種裂紋是冷裂紋中的一種普遍形態(tài)，它的主要特點(diǎn)是不在焊后立即出現(xiàn)，而是有一定孕育期，具有延遲現(xiàn)象1.焊趾裂紋2.焊道下裂紋3.根部裂紋2.淬硬脆化裂紋(或稱淬火裂紋)它完全是由冷卻時(shí)馬氏體相變而產(chǎn)生的脆性造成的，這種裂紋基本上沒有延遲現(xiàn)象，焊后可以立即發(fā)現(xiàn)，有時(shí)出現(xiàn)在熱影響區(qū)，有時(shí)出現(xiàn)在焊縫上3.低塑性脆化裂紋某些塑性較低（鑄鐵、堆焊硬質(zhì)合金）的材料，冷至低溫時(shí)，由于收縮力而引起的應(yīng)變超過了材質(zhì)本身所具有的塑性儲(chǔ)備而產(chǎn)生的裂紋75（二）冷裂紋的特征1.容易出現(xiàn)冷裂紋的鋼種冷裂紋常產(chǎn)生在中、高碳鋼，低合金高強(qiáng)鋼和鈦合金等金屬材料焊接接頭中。這與鋼種的淬硬傾向有關(guān)。淬硬傾向越大的鋼種，冷裂紋傾向越大。2.形成冷裂紋的溫度冷裂紋是在材料的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)（MS）以下。3.冷裂紋的延遲特征冷裂紋可以在焊后立即出現(xiàn)，也有時(shí)要經(jīng)過一段時(shí)間(幾小時(shí)，幾天甚至更長)才出現(xiàn)。且隨時(shí)間延長逐漸增多并擴(kuò)展。4.冷裂紋的開裂形式冷裂紋多出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)，有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫。冷裂紋的斷裂與熱裂紋不同，它是既有沿晶、又有穿晶開裂的復(fù)雜斷口76（三）焊接冷裂紋的形成機(jī)理高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的三大主要因素:鋼種的淬硬傾向、焊接接頭氫含量及其分布，接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)1.鋼種的淬硬傾向鋼種的淬硬傾向主要決定于化學(xué)成分、板厚、焊接工藝和冷卻條件等。焊接時(shí)，鋼種的淬硬傾向越大，產(chǎn)生裂紋的傾向越大。其原因?yàn)椋?）形成脆硬的馬氏體組織：對(duì)裂紋和氫脆的敏感性很大；2）淬硬會(huì)形成更多的晶格缺陷。鋼種的淬硬傾向越大，組織的硬脆性越大，位錯(cuò)密度越大；空位和位錯(cuò)在應(yīng)力作用下發(fā)生移動(dòng)和聚集，形成裂紋源乃至裂紋的傾向也越大組織對(duì)裂紋敏感性大致順序（小→大）：鐵素體或珠光體－下貝氏體－低碳馬氏體－上貝氏體－粒狀貝氏體－M-A組元－高碳馬氏體772.氫的作用氫是引起高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋的重要因素之一，并具有延遲特征，因此，在許多文獻(xiàn)上把氫引起的延遲裂紋稱為“氫致裂紋”(HydrogeninducedCrack)試驗(yàn)研究證明，高強(qiáng)鋼焊接接頭的含氫量越高，則裂紋的敏感性越大，當(dāng)局部地區(qū)的含氫量達(dá)到某一臨界值時(shí)，便開始出現(xiàn)裂紋，此值稱為產(chǎn)生冷裂紋的臨界含氫量[H]cr，產(chǎn)生冷裂紋的[H]cr并不是一定值，它與鋼種的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)剛度、預(yù)熱溫度及冷卻條件等有關(guān)。圖5-43是鋼種碳當(dāng)量Pcm和CE與臨界焊氫量[H]cr的關(guān)系7879

碳當(dāng)量越高，則臨界含氫量（擴(kuò)散氫）越低。

對(duì)于淬硬傾向大的鋼必須嚴(yán)格控制氫含量。實(shí)驗(yàn)證明，鋼中含氫量分為兩部分，即殘余氫和擴(kuò)散氫。一般情況下，殘余氫含量很少，并且在300℃以下的焊接區(qū)擴(kuò)散氫變化時(shí)，殘余氫含量基本不變。因此，可以認(rèn)為，是擴(kuò)散氫對(duì)冷裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起了決定性的作用。鋼中引起冷裂紋的氫含量是指鋼中的擴(kuò)散氫含量，尤其是當(dāng)冷卻到100℃以下時(shí)，焊縫中的擴(kuò)散氫已不易向外擴(kuò)散逸出，而是向某個(gè)部位擴(kuò)散聚集而引起裂紋。冷至100℃時(shí)的殘余擴(kuò)散氫（HR100）才是裂紋的有效含氫量。80（1）焊縫中氫的溶解與擴(kuò)散來源：焊接時(shí)焊接材料、坡口表面的鐵銹、油污、空氣中水分中的氫會(huì)熔入焊縫金屬溶解與擴(kuò)散：氫在鐵素體中的擴(kuò)散速度要顯著大于奧氏體中的擴(kuò)散速度。氫在鐵素體中的溶解度小，擴(kuò)散速度大；相反，氫在奧氏體中溶解度大，擴(kuò)散速度小81（2）

氫在焊接接頭中的擴(kuò)散與聚集焊縫中存在大量的氫，而其周圍的母材中的氫含量少，致使氫由焊縫向熱影響區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，如圖5-47所示。焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，冷卻時(shí)焊縫的相變點(diǎn)也總是高于母材（因?yàn)?，為了改善焊接性，焊縫的含碳量總是低于母材）所以，焊縫中的H在冷卻過程中要先從焊縫向母材HAZ區(qū)擴(kuò)散，由于氫在HAZ奧氏體中的擴(kuò)散速度較小，不能很快把氫擴(kuò)散到距熔合線較遠(yuǎn)的母材中去，因而在熔合線附近就形成了富氫地帶當(dāng)滯后相變的HAZ由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)（TAM），氫便以過飽和狀態(tài)殘留在馬氏體中，促使這個(gè)地區(qū)進(jìn)一步脆化，為延遲裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。8283（3）延遲裂紋的開裂機(jī)理氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散理論。充氫鋼拉伸試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象：斷裂時(shí)，存在一個(gè)“上臨界應(yīng)力σuc”，超過此應(yīng)力時(shí)，試件很快斷裂。還存在一個(gè)“下臨界應(yīng)力σLc”，低于此應(yīng)力時(shí)，氫是無害的，無論加載多久，試件將不會(huì)斷裂。當(dāng)應(yīng)力在σuc和σLc之間時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)由氫引起的延遲斷裂——潛伏、傳播（擴(kuò)展）、斷裂延遲時(shí)間長短與應(yīng)力大小有關(guān)84高強(qiáng)鋼焊接時(shí)延遲裂紋的形成與充氫鋼拉伸試驗(yàn)一致。鋼延遲裂紋只是在一定的溫度區(qū)間（-100～+100℃）發(fā)生，溫度太高則氫易逸出，溫度太低則氫的擴(kuò)散受到抑制，因此都不會(huì)產(chǎn)生延遲現(xiàn)象的斷裂延遲裂紋的產(chǎn)生還與鋼的組織具有密切的關(guān)系：低碳（鐵素體）鋼（H擴(kuò)散快、無淬硬組織）和奧氏體鋼（溶解度大，擴(kuò)散速度小無局部聚集）都不會(huì)發(fā)生延遲裂紋；高中碳鋼、低中合金鋼具有延遲開裂傾向（H擴(kuò)散一般，來不及逸出，溶解度一般，局部聚集）氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散開裂理論（如圖5-52，P246-247）853.焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)（1）焊接熱應(yīng)力由于焊接屬于不均勻加熱及冷卻過程，因此會(huì)引起不均勻的膨脹和收縮，焊后將會(huì)產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力的大小與母材和填充金屬的強(qiáng)度、熱物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。強(qiáng)度越高、線脹系數(shù)越大及結(jié)構(gòu)剛度越大時(shí)殘余應(yīng)力越大。對(duì)于屈服點(diǎn)較低的低碳鋼，殘余應(yīng)力可達(dá)σs的1.2倍。（2）金屬相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力由于相變時(shí)的體積膨脹，將會(huì)降低焊后收縮時(shí)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，降低冷裂傾向（3）結(jié)構(gòu)自拘束條件所造成的應(yīng)力這種應(yīng)力包括結(jié)構(gòu)的剛度、焊縫位置、焊接順序、構(gòu)件的自重、負(fù)載情況，以及其他受熱部位冷卻過程中的收縮等均會(huì)使焊接接頭承受不同的應(yīng)力。上述三種應(yīng)力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力。其中，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力稱為內(nèi)拘束應(yīng)力；結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力稱為外拘束應(yīng)力。86焊接拘束應(yīng)力的大小決定于受拘束的程度，可以采用拘束度R來表示。拘束度分為拉伸拘束度和彎曲拘束度，通常所謂拘束度常指拉伸拘束度。拉伸拘束度的定義：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。式中δ——板厚；E－母材的彈性模量（N/mm2）；F－拉伸應(yīng)力（N/mm2）；L－拘束距離(mm)；l——焊縫長度（mm）87拘束度R與板厚δ成正比，而與拘束距離L成反比。因此，調(diào)節(jié)δ和L的數(shù)值可改變拘束度的大小。當(dāng)L越小，δ增大時(shí)，則拘束度增大。當(dāng)R值增大到一定程度時(shí)就產(chǎn)生裂紋，這時(shí)的R值稱為臨界拘束度(Rcr)。若接頭的臨界拘束度Rcr值越大，就表示該接頭的抗裂性越強(qiáng)。作為拘束度的估計(jì)，大板厚時(shí)可用：R≈700δ

在板厚小于50mm時(shí)：R≈400δ不同鋼種焊接時(shí)，冷卻到室溫所形成的拘束度與拘束應(yīng)力的關(guān)系如圖5-55所示。其關(guān)系式如下：σ=mR式中m－拘束應(yīng)力轉(zhuǎn)換系數(shù)，它與鋼的線脹系數(shù)、力學(xué)熔點(diǎn)、比熱容、以及接頭的坡口角度有關(guān)。對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼手工電弧焊時(shí)，m≈(3~5)×10-2。8889（四）延遲裂紋的判據(jù)1.單因素判據(jù)碳當(dāng)量法：最高硬度法：臨界拘束度法：臨界氫含量法：臨界冷卻速度法：其中碳當(dāng)量法和最高硬度法應(yīng)用最為方便和普遍。902.綜合判據(jù)（1）根部裂紋敏感指數(shù)（P252）防止冷裂所需的預(yù)熱溫度：91（2）產(chǎn)生冷裂紋的臨界拘束應(yīng)力σcr（P250）焊接時(shí)，隨著拘束應(yīng)力的增大，冷裂傾向增大，當(dāng)拘束應(yīng)力增大到剛剛產(chǎn)生裂紋時(shí)，此時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σcr。臨界拘束應(yīng)力σcr實(shí)際上反映了鋼的化學(xué)成分、氫含量、冷卻速度和應(yīng)力狀態(tài)等多種因素的影響。σcr可利用TRC（拉伸拘束裂紋試驗(yàn)）、RRC（剛性拘束裂紋試驗(yàn)）和插銷試驗(yàn)等方法定量的確定產(chǎn)生冷裂紋的臨界應(yīng)力日本插銷試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式：σcr＝(86.3－211Pcm-28.21lg([H]+1)+2.73t8/5+9.7×10-3t100))×9.8國產(chǎn)鋼經(jīng)驗(yàn)公式σcr＝(132.3-27.5lg([H]+1)-0.216Hv+0.0102t100)×9.8

式中Hv－熱影響區(qū)的最大平均維氏硬度用計(jì)算或?qū)崪y的σ與σcr比較，σcr≥σ不產(chǎn)生裂紋，反之σcr≤σ產(chǎn)生裂紋92(3)冷至100℃時(shí)的臨界冷卻時(shí)間(t100)cr（P262）它反映了被焊鋼種的化學(xué)成分、含氫量、焊接線能量和焊接拘束條件等諸多因素綜合作用的影響，其判斷結(jié)果具有較高的可靠性(t100)cr=370.84Pcm+73.22lg([H]+1)+1.46E+0.012(R+△R)-43.59式中Pcm－被焊鋼中的碳當(dāng)量;[H]－按GB3965－83測定的擴(kuò)散氫含量(ml/100g)；E－焊接線能量(KJ/cm);R－拉伸拘束度(N/mm.mm)；△R－局部預(yù)熱引起的附加拘束度(N/mm.mm)；式中α－被焊鋼的線脹系數(shù)(℃-1)，一般低合金鋼α=1.45×10-5/℃-1；B－局部預(yù)熱的寬度(mm)；Tp－局部預(yù)熱溫度(℃)；T0－初始環(huán)境溫度(℃)；hw－初始焊縫的平均厚度(mm)，m－拘束系數(shù)，一般低合金鋼，m=(3~5)×10-2比較實(shí)際焊接條件下的t100和(t100)cr，即可確定是否產(chǎn)生冷裂紋。t100≥(t100)cr不產(chǎn)生裂紋；t100≤(t100)cr產(chǎn)生裂紋。93（五）防止冷裂紋的措施（P263）1、控制母材化學(xué)成分母材化學(xué)成分影響鋼材的淬硬傾向，對(duì)裂紋的產(chǎn)生具有決定性的作用2、合理選擇焊接材料選用低氫和超低氫焊接材料及焊接方法嚴(yán)格烘干焊條、焊劑選用低匹配焊條（焊縫強(qiáng)度低于母材強(qiáng)度）奧氏體焊條（塑性好，減緩應(yīng)力，對(duì)H的溶解度大等）3、制定合理的焊接工藝焊接線能量：過大導(dǎo)致粗晶，過小導(dǎo)致淬硬預(yù)熱溫度的選擇：過高會(huì)惡化條件，產(chǎn)生附加應(yīng)力，預(yù)熱溫度的選擇:94緊急后熱：最低后熱溫度可參考下列公式確定：（P260）Tp=455.5[Ceq]p-111.4式中Tp—后熱的下限溫度(℃)； [Ceq]p—確定后熱下限溫度的碳當(dāng)量(％)，詳見教材采用多層焊與層間溫度控制加強(qiáng)施工質(zhì)量管理（嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，包括預(yù)熱、質(zhì)量控制等）9596對(duì)于某些含有沉淀強(qiáng)化元素的鋼種，往往焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，可是在熱處理（消除應(yīng)力處理）之后，卻產(chǎn)生了所謂的“消除應(yīng)力處理裂紋”（StressReliefCracking），簡稱SR裂紋。也有一些焊接結(jié)構(gòu)，焊后沒有裂紋，可是由于在500~600℃的高溫下長期工作，結(jié)果也出現(xiàn)了裂紋。這兩種情況下產(chǎn)生的裂紋統(tǒng)稱為“再熱裂紋”(ReheatCrack)97四、再熱裂紋(一)再熱裂紋的主要特征再熱裂紋敏感的鋼種：再熱裂紋只產(chǎn)生在含有一定數(shù)量Cr、Mo、V等沉淀強(qiáng)化元素的鋼中再熱裂紋敏感的溫度區(qū)間：再熱裂紋的產(chǎn)生有一個(gè)敏感溫度區(qū)間。對(duì)于一般的低合金鋼，再熱溫度敏感區(qū)間約為500~700℃，它隨鋼種的不同而變化再熱裂紋產(chǎn)生的部位：再熱裂紋產(chǎn)生在HAZ的粗晶區(qū)，具有典型的晶間開裂特征。有時(shí)裂紋并不連續(xù)，呈斷續(xù)狀，遇到細(xì)晶區(qū)就停止發(fā)展。再熱裂紋產(chǎn)生的應(yīng)力條件：在消除應(yīng)力處理之前，焊接區(qū)存在有較大的殘余應(yīng)力，并有不同程度的應(yīng)力集中，二者必須同時(shí)存在，否則不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。98(二)再熱裂紋的形成機(jī)理再熱裂紋的發(fā)生與再熱過程中發(fā)生的晶界弱化和晶界強(qiáng)化有關(guān)。晶間雜質(zhì)析集對(duì)晶界弱化的作用在500~600℃的再熱過程中，鋼中的P、S、Sb、Sn、As等元素都會(huì)向晶界析集，因而大大降低了晶界的塑性變形能力2.晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用沉淀強(qiáng)化元素Cr、Mo、V、Ti、Nb等的碳、氮化物在一次焊接熱作用下，因受熱（高于1100℃時(shí)）而固溶在高溫奧氏體中，在焊后冷卻時(shí)來不及充分析出，在二次再熱時(shí)，這些元素的碳、氮化物在晶內(nèi)沉淀析出，使晶內(nèi)強(qiáng)化3.應(yīng)力松弛所產(chǎn)生的變形集中于晶界，當(dāng)晶界的塑性不足時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。99五、層狀撕裂(一)層狀撕裂的特征1.產(chǎn)生層狀撕裂（LamellarTear）的接頭形式大型厚壁結(jié)構(gòu)的T型接頭、十字接頭和角接頭焊接時(shí)會(huì)沿板的厚度方向出現(xiàn)較大的拉伸應(yīng)力，常稱為Z向應(yīng)力，這是產(chǎn)生層狀撕裂的應(yīng)力源。其它接頭，如對(duì)接接頭沒有此種應(yīng)力，因此，一般不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。2.層狀撕裂的產(chǎn)生與夾雜物的層狀分布狀態(tài)有關(guān)層狀撕裂與冷裂紋不同，它的產(chǎn)生與鋼的強(qiáng)度級(jí)別無關(guān)，主要與鋼中的夾雜物的數(shù)量及層狀分布形態(tài)有關(guān)3.層狀撕裂的形態(tài)層狀撕裂的典型形態(tài)為階梯狀，它是由基本平行于軋制方向的平臺(tái)裂紋和大體垂直于平臺(tái)的剪切壁（ShearWalls）（直壁裂紋）所組成。1004.層狀撕裂產(chǎn)生的位置這種裂紋在鋼表面上難以發(fā)現(xiàn)，一般多出現(xiàn)在熱影響區(qū)或是母材深處在焊接熱影響區(qū)焊趾或焊根處由冷裂紋而誘發(fā)形成的層狀撕裂；這種裂紋的形成往往與氫含量有關(guān)。在焊接熱影響區(qū)沿夾雜開裂，是工程上最常見的層狀撕裂；遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材中沿夾雜開裂，這種情況多出現(xiàn)在有較多MnS的片狀?yuàn)A雜的厚板結(jié)構(gòu)中。101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，多用于海洋采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆壓力容器及潛艇外殼等重要結(jié)構(gòu)。一旦產(chǎn)生層狀撕裂，也難以修復(fù)，往往會(huì)造成巨大的經(jīng)擠損失或?yàn)?zāi)難性事故六、應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋(StressCorrosionCracking，簡稱SCC)是在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的一種裂紋，它并不是焊接接頭所特有的裂紋，即便是不經(jīng)過焊接的母材，在特定條件下同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。焊接殘余應(yīng)力的存在加大了這種裂紋在焊接接頭中的開裂傾向SCC的產(chǎn)生必須具備如下三個(gè)條件，即：合金、介質(zhì)、拉應(yīng)力。只有當(dāng)合金與介質(zhì)的組配具有SCC傾向時(shí)，在拉應(yīng)力的作用下才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋102103四、再熱裂紋

（一）特征及危害

定義：焊后再加熱,消除應(yīng)力退火,高溫工作時(shí)500—600℃過程中產(chǎn)生裂紋稱再熱裂紋。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104再熱裂紋1052、敏感的溫度范圍:一般在500～700℃低于500或高于700℃,再加熱不易出現(xiàn)再熱裂紋

3、有大量的內(nèi)應(yīng)力存在，及應(yīng)集中:在大拘束度的厚件或應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生再熱裂紋

4、易產(chǎn)生在具有沉淀強(qiáng)化作用的鋼材中:晶界滑動(dòng)→微裂→擴(kuò)展→裂紋

106（二）產(chǎn)生機(jī)理

1、一般條件e>ec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：產(chǎn)生裂紋的晶界微觀局部的最大塑性形變能力

e實(shí)際塑性應(yīng)變：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)。

1072、再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理

1）、晶界雜質(zhì)析集弱化說①晶界析集P、S、②硼化物沿晶析集如果產(chǎn)生再熱裂紋的塑性變形量為ec，可以下式表示:1082）、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a熱區(qū)合金元素全部溶入A中，A長大.③焊后冷卻速度快，合金元素以過飽和形式溶入在F中，滲碳體，一般出現(xiàn)在位錯(cuò)、空位、缺陷等處。④焊后再加熱時(shí)（500--700℃）1093）、高溫蠕變理論

蠕變定義：金屬在長時(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與溫度有關(guān)T蠕變速度③溫度升高持久強(qiáng)度下降④高溫下，晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度110a.楔形開裂應(yīng)力臨界應(yīng)力：b.空位聚集而產(chǎn)生的“空位開裂”最小能量111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112（三）影響因素

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1、冶金因素

1132、工藝措施

1）預(yù)熱及后熱

預(yù)熱裂200～450℃，后熱可降低預(yù)熱溫度

2）線能量的作用

E適當(dāng)增加，減少過熱區(qū)硬度，裂紋減小3）低強(qiáng)焊縫應(yīng)用

減少近縫區(qū)塑變的集中程度，有利于降低再熱裂紋產(chǎn)生傾向

4）降低殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中114五、層狀撕裂

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)（一）特征及危害性1152、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

116

種類

依產(chǎn)生部位分:

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

第二類熱影響區(qū)沿夾雜開裂；

第三類遠(yuǎn)離熱影響區(qū)母材中沿夾雜開裂 MnS片狀?yuàn)A雜較多。

117（二）形成機(jī)理及影響因素

1、層狀撕裂的形成過程1）厚板結(jié)構(gòu)中焊接時(shí)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)到超過材料的形變能力之后，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平，形成所謂的“平面”。1182）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。1192、影響因素

1）非金屬夾雜物的種類2）焊接Z向應(yīng)力3）母材性能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4）氫的作用氫集聚發(fā)生在夾雜物和基體界面上的氫脆引起層狀撕裂120（三）防止措施

1、選擇母材

1）精煉鋼2）控制夾雜物冶煉降低雜質(zhì)，脫S加Ti、Zr或稀土元 素，促使夾雜物破碎、球化(成本高)2、設(shè)計(jì)和工藝措施1）改變接頭形式、降低焊接應(yīng)力2）應(yīng)盡量避免單側(cè)焊縫等;3）應(yīng)盡量避免承載焊縫4）預(yù)熱及后熱5）加軟焊道121接頭形式在受力最小時(shí)即可防止層狀撕裂，通過開坡口來減輕鋼板Z向受承受的應(yīng)力和應(yīng)變。122六、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。

應(yīng)力腐蝕裂紋已成為工業(yè)中特點(diǎn)是石油工業(yè)中最突出的問題，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)力腐蝕開裂，應(yīng)力腐蝕裂紋造成危害極大。123（一）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)。從橫斷面來看：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，細(xì)長而帶有分支是其典型的特點(diǎn)。從斷口來看：仍保持金屬光澤為典型脆性斷口124應(yīng)力腐蝕裂紋1252、材