第五章_焊接裂纹(104页)培训课件方案研究.ppt

(四)焊接工艺对冷裂纹的影响 1 焊接线能量 E过大，会引起近缝区晶粒粗大，降低接头抗裂性能；E过小，又会使热影响区淬硬，也会不利于氢的逸出，故而也增大冷裂倾向。对于不同钢种应选用最佳的焊接E。 2 预热 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条件下，由于产生附加应力而会促使产生冷裂。 3 焊后后热 焊后进行紧急后热，可使扩散氢充分逸出；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代替某些重大焊接结构的中间热处理。 4 多层焊 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。 (五)防止冷裂纹的途径 根据上面所讨论的影响因素，对防止冷裂纹的途径可按冶金和工艺两方面进行。 1 冶金方面 主要是从冶炼技术上提高钢材的品质。 采用低碳多种微量合金元素的强化方式，在提高强度的同时，也保证具有足够的韧性； 采用精炼技术尽可能降低钢中的杂质，使之硫、磷、氧、氮等元素控制在极低的水平。 例如近年来研制成功的国产CF钢(σb=600N/mm2)，含碳只有0.06％，Pcm＝0.16％，采用相应的低氢焊条焊前不预热，焊后不热处理，即使板厚50mm也不产生裂纹。 2 工艺方面 焊接线能量E、 预热 、焊后后热 、多层焊 为改善应力状态，合理选择焊缝匹配、焊缝分布、施焊顺序。 多层焊，层间温度不低于预热温度(T0)，不高于T0的30℃以上。 采用低匹配的焊缝。焊缝强度为母材强度的0.82时，可以近似达到等强度的水平。 焊接过程中应注意避免： 施工粗糙、未按已制定的工艺规程执行、管理制度不严； 预热温度不足； 焊接质量失控(未焊透、咬肉、夹杂、气孔，甚至裂纹等)； 装配时错边较大、强制组对造成了很大的应力。 冶金因素占主要地位(钢种的化学成分、杂质及焊接时的氢)。 焊接工艺也是防止冷裂纹的重要手段，特别是正确选择预热温度、后热和降低拘束应力尤其重要。 第四节 再热裂纹 含有沉淀强化元素的高强钢和高温合金，在焊后并未发现裂纹，而在热处理过程中出现了裂纹，这种裂纹称为“消除应力处理裂纹”，简称SR裂纹。 焊接结构在一定温度条件下工作，即使在焊后消除应力处理过程中不产生裂纹，而在500~600℃长期工作时也会产生裂纹。 工程上常把上述两种情况下产生的裂纹(消除应力过程和服役过程)，统称为“再热裂纹”。 一、再热裂纹的主要特征 1 再热裂纹是HAZ粗晶部位并呈晶间开裂 裂纹的走向是沿熔合线母材侧的A粗晶晶界扩展，遇细晶就停止扩展。 2 残余应力与应力集中二者必须同时存在，否则不会产生再热裂纹。应力集中系数K越大，产生再热裂纹所需σcr越小。 3 产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间 这个区间与再热温度及再热时间有关。 A不锈钢和一些高温合金约在700~900℃之间，对于沉淀强化的低合金钢约在500~700℃之间，随材料的不同而变化。 4 含有一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性 碳素钢和固溶强化的金属材料，一般都不产生再热裂纹。 二、再热裂纹的机理 再热裂纹的产生是由晶界优先滑动导致微裂(形核)而发生和扩展。即，在焊后再热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。产生再热裂纹的条件： eec (一)晶界杂质析集弱化作用 杂质在晶界析集而造成脆化，对产生再热裂纹具有重要的作用。 钢中P、S、Sb、Sn、As等元素，在500~600℃再热处理过程中向晶界析集，降低晶界的塑性变形能力。 产生裂纹临界塑性变形量： 当ec值越小时，再热裂纹的敏感性越大。Sb、S、P、As和Sn等杂质含量增多，产生再热裂纹的塑性变形量显著减少，尤其是Sb影响。 (二)晶内沉淀强化作用 Cr,Mo,V,Nb等元素的碳、氮化物，镍基合金中的沉淀相(γ’相,Ni3(Al,Ti))，在一次焊接热作用下因受热而固溶(高于1100℃)，在焊后冷却时不能充分析出，而在二次加热再热处理过程中，由晶内析出碳、氮化物及沉淀相，从而晶内强化，这时，应力松弛所产生的变形就集中于晶界，当晶界的塑性不足时，就会产生再热裂纹。 (三)蠕变断裂理论 再热温度条件下蠕变断裂机制可有两种模型： 1 应力集中产生的“楔型开裂” 蠕变条件下，发生应力松弛的三晶粒交界处产生应力集中，当此应力超过晶界的结合力时就会在此处产生裂纹。 裂纹开裂和扩展所需的应力： 晶界有杂质存在，γs、 γp相γp’有不同程度的降低，因而σc和σp也会降低，易于发生再热裂纹。 2 空位聚集而产生的“空位开裂” 点