Z向钢 及 炼钢基础.ppt

3、层状撕裂 大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方面出现较大的拉伸应力，如果钢中有较多的夹杂，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，一般称为层状撕裂。 z向钢 4、层状撕裂的特征及其危害性 层状撕裂是一种内部沿轧向的应力开裂，它的特征是呈阶梯状，这是其他裂纹所没有的。 层状撕裂常出现在T形接头、角接头和十字接头中。 z向钢 根据层状撕裂产生的位置大体可分三类： （1）在焊接热影响区焊趾或焊根处由冷裂纹而诱发 现成的层状撕裂； （2）在焊接热影响区沿夹杂开裂，是工程上最常见的层状撕裂； （3）远离热影响区母材中沿夹杂开裂，这种情况多出现在有较多MS的片状夹杂的厚板结构中。 层状撕裂主要发生在低合金高强钢的厚板焊接结构中，多用于海洋采油平台、核反应堆压力容器及潜艇外壳等重要结构。 z向钢 5、层状撕裂的形成机理 厚板结构焊接时，特别是T形和角接接头，在强制拘束的条件下，焊缝收缩时会在母材厚度方向产生很大的拉伸应力和应变，当应变超过母材金属的塑性变形能力时（沿板厚方向），夹杂物与金属基体之间就会发生分离而产生微裂，在应力的继续作用下，裂纹尖端沿着夹杂所在平面进行扩展，就形成的所谓“平台”。 z向钢 6、影响层状撕裂的因素 1．非金属夹杂物的种类、数量和分布形态它是产生层状撕裂的基本原因，是造成钢的各向异性、力学性能差异的内在因素。钢中夹杂物一般常见的有硫化物、各种硅酸盐和铝酸盐等。 2．Z向拘束应力 厚壁结构在焊接过程中承受不同程度的Z向拘束应力，同时还不焊后的残余应力及负载，它们是造成层状撕裂的力学条件。 3．氢的影响 在焊接热影响区附近，由冷裂诱发成为层状撕裂中氢是一个重要的影响因素。 z向钢 7、层状撕裂常见的型貌特征 宏观形态 (A) ~ (D)比较典型, 也常见,(E)是产生在自动焊对接接头的一种撕裂, 又称为热撕裂或液化开裂。 z向钢 显微断口 右上图是一种由平台—直壁—平台组成的阶梯状断裂面 裂缝平台区平坦, 边界清晰, 几乎看不到塑性变形, 是片状夹杂物与基体在拉伸应力作用下形成的一种解理面, 平台之间被山脊状撕裂棱所间隔。因此认为, 层状撕裂是低延性准解理断裂, 见右下图。 z向钢 8、层状撕裂产生的原因 层状撕裂的产生与钢种强度级别无关，主要与钢种夹杂物量和分布形态有关。 在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成层次撕裂的阶梯性。 z向钢 启裂源分类 成因 第1类 以焊根裂纹。焊趾裂纹为启裂源，沿HAZ发展 焊趾裂纹为启裂源，沿HAZ发展由冷裂而引起的（PCM、HD、RF偏高）伸长的MnS夹杂物 角变形引起有弯曲拘束应力或缺口引起的应变集中 第2类 以轧层夹杂物为启裂源。沿HAZ发展 伸长的MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物拘束度大，存在Z向拉伸拘束应力氢脆 第3类 完全由收缩应变而致，以轧层夹杂物为启裂源，沿远离HAZ的母材板厚中央发展 轧层中的长条MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物 拘束度大，弯曲拘束产生的残余应力应变时效 HAZ：热影响区域 z向钢 9、预防层状撕裂的措施 （一）选用具有抗层状撕裂的钢材，降低钢中夹杂物的含量和控制夹杂物的形态，来提高钢板厚向的塑性是有效的。 （二）设计和工艺上的措施 在设计和施工工艺上主要是避免Z向应力和应力集中，具体措施如下： （1）应尽量避免单侧焊缝，改用双侧焊缝，这样可以缓和焊缝根部的应力状态，并防止应力集中。 z向钢 （2）在强度允许的情况下，尽量采用焊接量少的对称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝，以避免产生过大的应力。 （3）应在承受Z向应力的一侧开坡口。 （4）对于T形接头，可在横板上预先堆焊一层低强的熔敷金属，以防止焊根出现裂纹，同时亦可缓和横板的Z向应力。 （5）为防止由冷裂引起的层状撕裂，应尽量采用一些防止冷裂的措施，如降低氢量、适当提高预热、控制层间温度等。 z向钢 例如 作用于收缩方向上的焊缝厚度aD尽可能低 z向钢 焊缝连接基础应尽可能大 z向钢 * 机械设计及理论研究所 School of Mechanical Engineering, Tongji University 机械与能源工程学院 秦仙蓉 tjqin@ 工程机械设计理论及方法 第1章-绪论 机械设计及理论研究所 School of Mechanical Engineering, Tongji University 机械与能源