第4章 焊接缺陷及其控制.ppt

由于相变时的体积膨胀，将会减轻焊后收缩时产生的拉伸应力，从这点出发，相变应力反而会降低冷裂倾向，这方面已被近年来的试验研究所证实。 各种钢的相变温度范围及所引起的应变 钢种 相变温度（℃） 残余应力/屈服点 比值（%） 相变引起的应变（%） 母材 低碳钢 780-540 1.36 0.46 HT60 610-360 — 0.70 HT70 650-275 — 0.67 HT80 520-400 0.56 0.72 焊缝 低碳钢 850-610 — 0.41 HT60 780-610 — 0.40 HT80 720-360 — 0.53 9Ni钢 650-200 — 0.78 3）结构自身拘束条件所造成的应力 这种应力包括结构的刚度、焊缝位置、焊接顺序、构件的自重、负载情况；一般来讲，板厚越大，则拘束度也越大。 其他受热部位冷却过程中的收缩等均会使焊接接头承受不同的应力。 以上焊接接头所承受的三种应力，都是钢结构焊接时不可避免的，但它们都受到各种条件的拘束，因此把上述三种应力的综合作用统称为拘束应力。为了便于分析研究，有人把拘束应力又分为“内拘束应力”(即热应力和相变应力)和“外拘束应力”(结构刚度、焊接顺序、受载情况等所造成的应力)。一 同样钢种和同样板厚，由于接头的坡口形式不同，即使拘束度相同，也会产生不同的拘束应力，拘束应力按下列顺序增加：正Y形，X形，斜Y形，K形，半V形。 高强钢焊接时产生冷裂纹的机理在于钢材淬硬之后受氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束应力的作用下产生了裂纹。 大量的实践和研究证明，产生焊接冷裂纹的原因就是由上述三大因素综合作用的结果。 产生冷裂纹的力学行为并不是一般的平均拘束应力，而是在某一敏感部位(如有缺口、内部缺陷等)达到比平均应力更大的应力场，致使开裂。 氢的作用也不是熔敷金属中的平均含氢量，而是冷至150-100℃时残余扩散氢发生聚集造成临界状态的氢量。 钢的淬硬也不是单纯化学成分所能表达(Pcm)，如果采用硬度或脆化度来反映钢的淬硬可能更为合理，因为它不仅反映了化学成分，同时也反映了组织形态的影响。 (4)焊接工艺对冷裂纹的影响 施工中所采用的焊接工艺，如焊接材料、焊接线能量、焊前预热、后热、多层焊，以及焊接顺序等对冷裂纹均有不同程度的影响。 1）焊接线能量的影响 对于一些重要结构，应严格控制焊接线能量。焊接线能量过大，近缝区晶粒粗大，降低接头的抗裂性能；焊接线能量过小，热影响区淬硬，也会不利于氢的逸出，故而也增大冷裂倾向。因此，对于不同钢种应选用最佳的焊接线能量。 2）预热的影响 预热可以有效地防止冷裂纹。预热温度过高，一方面恶化了劳动条件，另一方面在局部预热的条件下，由于产生附加应力，反而会促使产生冷裂。而应合理地选择预热温度。 3）焊后后热的影响 焊后进行后热，可以使扩散氢充分逸出，在一定程度上有降低残余应力的作用，也可适当改善组织，降低淬硬性。 另一方面，从改善劳动条件出发，选用合适的后热温度，可以适当降低预热温度或者代替某些重大焊接结构的中间热处理。 例如HT80钢由于采用后热（200℃，1h）可降低预热温度近100℃，如下表所示。 预热温度 是否进行后热 板厚δ（mm） 25 25-38 38-50 不进行后热 165℃ 180℃ 200℃ 进行后热 75℃ 85℃ 90℃ 碳当量越高，所需的后热温度也越高。国内一些常用的低合金钢经试验表明，后热温度越高，所需后热的时间越短。 4）多层焊的影响 多层焊由于后层对前层有消氢和改善热影响区组织的作用，因此，多层焊时的预热温度可比单层焊适当降低，或不预热也不产生根部裂纹，说明多层焊对防止冷裂纹有良好作用。 应当指出，多层焊时应尽可能严格控制层间预热温度或者后热温度，以便使扩散氢逸出，否则，氢量会发生逐层积累。 与此同时，在多次加热的条件下，会产生较大的残余应力，从而导致冷裂倾向反而增大。采用多层焊后，不管焊接层数多少总是距上表面10mm左右处氢的浓度最大，这恰恰是残余应力最大的部位。因此，常在此处产生裂纹。 (5)防止冷裂纹的途径