xy焊接冶金缺陷.ppt

5.3 焊接裂纹 (1)、凝固裂纹 金属凝固结晶的末期，在固相线附近，因晶间残存液膜在应力作用所造成的晶间开裂 特征：最常见的热裂纹形式，其断口具有沿晶间液膜分离的特征，裂纹表面无金属光泽。 主要发生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中(含S、P、C、Si偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (2)、液化裂纹 焊接时近缝区或焊缝层间金属由于过热，晶间可能出现液化现象，在拉力作用下由于晶间液膜分离而导致开裂 特征：在其断口上局部有树枝状突起。 主要发生在含Cr、Ni的高强钢、奥氏体钢以及某些镍基合金的近缝区或多层焊层间部位，母材和焊丝中S、P、C、Si含量偏高时，液化裂纹倾向严重。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (3)、高温失延裂纹(多边化裂纹) 产生温度低于固相线温度，存在晶格缺陷(位错和空位)，物理化学性质的不均匀性，在应力作用下，缺陷聚集形成多边化边界，使强度塑性下降，沿多边化边界开裂。 特征：与液膜无关，断口粗糙不光滑，显示出柱状晶明显的方向性。 主要发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中或近缝区。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 4、热裂纹形成机理 (1) 成因 焊接过程中遇到的热裂纹主要是结晶裂纹。 结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝内部两个树枝状晶体之间。 对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上，某些高强钢，含杂质较多的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 焊缝结晶过程中晶界是个薄弱地带：先结晶的金属较纯，后结晶的金属含杂质较多，形成低熔点的共晶化合物排挤在柱状晶交遇的中心部位(晶界)，形成“液态薄膜”。此时因收缩而受到拉伸应力，焊缝中晶界处的液态薄膜成为薄弱地带。在拉伸应力的作用就可能在这个薄弱地带开裂形成结晶裂纹。 产生原因：焊缝中存在液态薄膜和焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 液态薄膜是必要条件(内因) 拉伸应力是充分条件 (外因) 5.3 焊接裂纹 (2) 凝固阶段对结晶裂纹产生的作用 低碳钢焊缝熔池结晶分三个阶段： (1) 液-固阶段 (2) 固-液阶段 (3)完全凝固阶段 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 (1) 液-固阶段 温度较高、晶核数量少，相邻晶粒间不接触，液态金属可在晶粒间自由流动，拉伸应力作用下被拉开的缝隙可能被流动的液态金属能够及时填满——不发生裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 (2) 固-液阶段（发生凝固裂纹的敏感阶段） 温度较低，固相为主，枝晶骨架以长成；晶间残留少量液体尤其是低熔共晶，流动困难，拉伸应力作用产生的微小缝隙无法填充——由于液态薄膜抗变形阻力小，形变将集中于液膜所在的晶间，此时若存在足够大的拉伸应力，则在晶体发生塑性变形之前，液膜所在晶界就会优先开裂，形成凝固裂纹。——脆性温度区 (3) 完全凝固阶段 熔池金属完全凝固后形成的焊缝收到拉伸应力时表现出较好的强度和塑性——很难发生裂纹 特别注意：对于某些金属在焊缝完全凝固后，仍有一段温度内塑性很低，也会产生裂纹——高温低塑性裂纹。 5.3 焊接裂纹 (3) 结晶裂纹产生的条件 德州职业技术学院 金属熔焊原理 ε=f(T)—应力变形 δ=Φ(T)—焊缝金属塑性 TL—液相线 TS—固相线 TB—脆性温度区间 TH′—TB上限 TS′—TB下限 焊接时产生结晶裂纹的条件 5.3 焊接裂纹 ① 拉伸应力所产生的变形ε随温度T按曲线(1)变化，产生了ε1的变形量，但焊缝仍有Δε1的塑性储备量，即Δε1 0，不产生热裂纹。 ② 拉伸应力所产生的变形ε随温度T按曲线(2)变化，产生变形量恰好等于焊缝的最低塑性值δmin，即处于临界状态。 ③拉伸应力所产生的变形ε随温度T按曲线(1)变化，产生了ε3的变形量， 超过了焊缝塑性的最低值δmin ，即 Δε30，产生裂纹。 德州职业技术学院 金属熔焊原理 5.3 焊接裂纹 产生结晶裂纹的条件：焊缝在脆性温度区间内所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有的塑性，或焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量(Δε)小于零，取决于三方面： 德州职业技术学院 金属熔焊原理 （1） 脆性温度区TB的大小 TB越大，收缩应力的作用时间就越长，产生的应变量越大，形成热裂纹的倾向越大。TB主要取决于焊缝化学成分、低熔共晶的性质及分布、晶粒的大小及方向性。 （2） TB内金属的塑性δ TB一定时，TB内金属的塑性δmin越低，产生热裂纹的倾向越大，与焊缝化学