5 第五篇章 焊接裂纹.ppt

第五章 焊接裂纹;第一节 概述;二、焊接裂纹分类及其一般特征;(一)热裂纹;厚板焊接结构，采用含有沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再热裂纹，又称“消除应力处理裂纹”，简称SR裂纹。;(三)冷裂纹;(四)层状撕裂;;第二节 焊接热裂纹;一、结晶裂纹的形成机理;1 结晶裂纹产生原因 （1）溶池凝固过程中，先结晶的金属较纯，后结晶的金属含溶质和杂质较多，溶质和杂质富集在生长的树枝晶前沿（K0=CS/CL1）。 （2）由于成分的偏析，富集的溶质和杂质与基体金属形成较低熔点共晶。 （3）凝固后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心，呈“液态薄膜”状覆盖在晶粒的表面，割断晶粒之间的联系。 （4）由于凝固收缩，焊缝受到拉伸应力作用，焊缝中的液态薄膜成为薄弱地带。在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。 ;2 脆性温度区间 根据结晶过程中金属塑性变化，确定结晶裂纹产生的温度区间 熔池的结晶过程分为三个阶段：;3 产生结晶裂纹的受力条件 (1)拉伸应力所产生的应变随温度按曲线1变化时，产生Δe应变量，焊缝仍具有相当于Δes塑性储备量，即: pmin-Δe=Δes。Δeso, 故不会产生热裂纹。 (2)按曲线2变化时，拉伸应力所产生的应变，恰好等于焊缝的最低塑性值pmin，故Δes=0，即处于临界状态。 (3)按曲线3变化时，拉伸应力所产生应变已超过焊缝金属在脆性温度区内所具有的最低塑性(pmin)，Δes0，此时必将产生裂纹。;结晶裂纹主要决定于以下三个方面： A TB的大小 TB越大，焊缝收缩产生拉伸应力的作用时间也越长，产生的应变量也越大，故产生结晶裂纹的倾向也就越大。 B TB内金属的塑性 在TB内焊缝金属的塑性P越小，就越容易产生结晶裂纹。 C TB内的应变增长率 在TB内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，因而应变的增长率也将增大，容易产生结晶裂纹。;二、结晶裂纹的影响因素;合金状态图与结晶裂纹倾向的关系;2 合金元素对产生结晶裂纹的影响 (1)硫和磷 使结晶温度区间增加，易形成液态薄膜，增加结晶裂纹倾向。 S、P??极易偏析的元素，对各种裂纹都敏感。 焊接材料严格控制硫、磷，S0.02％，P0.017％， CF钢(无裂纹钢)和Z向钢(抗层状撕裂用钢)等，只含有0.006％硫，和0.003％磷。 冶金技术发展，出现细晶粒钢和控轧钢，都具有较高抗裂性能，钢中含硫、磷和碳很低。;(2)碳 主要影响元素，能加剧硫、磷的有害作用。 含碳量增加，初生相可由δ相转为γ相，而S、P在γ相中溶解度比在δ相中低很多，S、P会富集在凝固的树枝晶前沿，增加结晶裂纹倾向。 (3)锰 能置换FeS形成MnS，使薄膜状FeS改变为球状分布。 随含碳量的增加，则Mn/S的比值也应随之增加。 C≥0.1%；Mn/S≥22 C=0.11~0.125%；Mn/S≥30 C=0.126~0.155%；Mn/S≥59;(4)硅 δ相形成元素，有利于消除结晶裂纹，Si0.4％时，易形成硅酸盐夹杂，增加了裂纹倾向。 (5)Ti、Zr和Re 能形成高熔点的硫化物，比锰的效果好，对消除结晶裂纹有良好作用。见下表。;合金元素对铁结晶温度区间的影响;a)单相γ b) γ+δ;加入纳米Al2O3;加入纳米Y2O3颗粒熔覆层组织;4 晶间易熔相对凝固裂纹敏感性影响 晶间液膜是引起凝固裂纹的根本原因，与晶间易熔物质数量有关。 热裂倾向并不随着晶间易熔物的增多而增大，有一个最大值。超过最大值后，热裂倾向又逐渐下降，直到最后不产生裂纹。;裂纹敏感性与易熔物质在晶间形态有关： 以液膜形态存在时，凝固裂纹敏感性大；以球状存在时，裂纹敏感性小。 液相β在α相晶界处平衡关系： σαα=2σαβcos(θ/2) 当θ=0° ，则2σαβ=σαα ；液相β易在晶界的毛细间隙内延伸，形成连续液膜，导致凝固裂纹倾向增大。 当2σαβσαα ，θ≠0，液相难以进入晶界毛细间隙内，不易成膜，裂纹倾向小。;(二)力学因素对产生结晶裂纹影响 产生结晶裂纹的充分条件是必须要有力的作用。 金属强度σm决定于晶内强度σG和晶间强度σ0，随温度升高而降低，σ0下降较快。 当温度达到T0时，σG=σ0，所以T0称为等强温度。 TT0时，σGσ0，若发生断裂必然是晶间断裂。;三、防治结晶裂纹的措施;(二)工艺因素方面 主要是改善焊接时的应力状态。 1 焊接工艺参数 焊接时焊缝承受拉伸应力所产生的应变量为Δe，瞬时的应变量(即应变率)应为Δe/Δt：;2 接头形式 影响接头的受力状态、结晶条件和热的分布 表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝