42焊接热裂纹幻灯片.ppt

31 合金因素方面 为了消除它们的有害作用，应尽可以限制母 材和焊接材料中的硫、磷、碳的含量， S 、 P 的含 量不得超过 0.03~0.04% 。用于低碳钢和低合金钢 的焊丝含碳量一般不得超过 0.12% 。焊接高合金 钢 时 要 求 更 加 严 格 ， 硫 、 磷 含 量 必 须 控 制 在 0.03% 以下，焊丝中的含碳量也要严格限制，甚 至要求采用超低碳焊丝（ 0.03~0.06% ）。 一些重要的焊接结构应采用碱性焊条或焊剂， 以有效地控制有害杂质，防止结晶裂纹。 ? 控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量 32 向焊缝中加入细化晶粒的元素，如 Mo 、 V 、 Ti 、 Nb 、 Al 、稀土等。在焊接奥氏体不锈钢时， 为了提高抗裂性、抗腐蚀性，希望得到 δ+A 双 相焊缝组织（ δ 相控制在 5% 左右）。 焊接某些结晶裂倾向较大的材料（如高强 铝合金）时，特意增多焊缝中易熔共晶的数量， 使之具有“愈合”裂纹的作用，也是防止结晶 裂纹的有效方法。 ? 改善焊缝组织、细化晶粒 33 工艺因素方面 焊接规范、预热、接头型式和焊接 次序等，改善焊缝上的应力状态。 ? 焊接工艺规范 适当增加焊接热输入和提高预热温 度，可以减小焊接应力，从而降低结晶 裂倾向。但增加 E 会使近缝区的金属过热， 提高预热温度又会恶化劳动条件，所以 采用这种方法是有限度的。 34 ? 接头型式 焊接接头型式将影响接头的受力状态、熔池的结 晶条件和热的分布等，因而会影响结晶裂倾向，这一 点在设计和施工时应特别注意。 表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝（图 a ， b ）抗裂性较高； 在焊接熔深较大的对接和各种角焊缝（包括搭接、 T 型接头和 外角接焊缝等）时，如图 c 、 d 、 e 、 f 所示，因为这些焊缝所承 受的应力正好作用在焊缝的结晶面上，故易引起裂纹。 1 焊接裂纹 2 随着各种 HSLA 钢，中、高合金 钢，以及各种合金材料的广泛应用， 在焊接生产上带来了许多新的问题， 其中较为普遍而又十分重要的是 焊 接裂纹 。 焊接裂纹不仅给生产带来许多 困难，而且可能带来灾难性的事故。 3 据统计，世界上焊接结构所 出现的各种事故中，除少数是由 于设计不当、选材不合理和运行 操作上的问题外，绝大多数是由 裂纹而引起的脆性破坏。 因此，裂纹是引起焊接结构 破坏的主要原因。 4 在焊接生产中由于钢种和结构类 型的不同，可能出现各种裂纹。裂纹 的形态和分布很复杂，有焊缝的表面 裂纹、内部裂纹，有热影响区的横向 裂纹、纵向裂纹，有焊缝和焊道下的 深埋裂纹，也有在弧坑处出现的所谓 弧坑裂纹。 按照裂纹产生的本质，可以将焊 接裂纹分为五大类。 5 ? 热裂纹 ? 再热裂纹 ? 冷裂纹 ? 层状撕裂 ? 应力腐蚀破裂 6 4.2 热裂纹 在高温下产生的沿 A 晶界开裂。 从低碳钢、低合金钢，到奥氏体不 锈钢、铝合金和镍基合金等都有产生热 裂纹的可能 。 ? 结晶裂纹 ? 液化裂纹 ? 多边化裂纹 7 4.2.1 结晶裂纹 Solidification Cracking 焊缝结晶过程中，在固相线 附近，由于凝固金属的收缩，残 余的液体金属不足，不能及时填 充，在拉应力作用下发生沿晶开 裂，故称结晶裂纹。 8 多数情况下，结晶裂纹发生在焊缝断面 上，可以看到有氧化色彩，表明这种裂纹是 在高温下产生的。结晶裂纹大部分沿焊缝树 枝状结晶的交界处产生和发展，最常见于沿 焊缝中心长度方向开裂。 9 1 ）机理 焊缝结晶过程中，因合金的选分结晶， 先结晶的金属比较纯，后结晶的金属杂质较 多，并富集于晶界上，且这些杂质大都具有 较低的熔点。 例如，一般碳钢和低合金钢的焊缝含硫 量较高时，能形成硫化铁（ FeS ），而 FeS 又 能与 Fe 形成熔点只有 988 ℃ 的低熔点共晶。 钢中的磷、硅等也具有形成低熔点共晶 的作用，此外在不锈钢和耐热钢中，硫、磷、 硼、锆等也都能形成低熔点共晶。 10 在焊缝金属凝固的过程中，低熔点共 晶被排挤在晶界上形成一种所谓 “液态薄 膜” 。在焊缝金属结晶的过程中，由于 收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液 态薄膜就成了薄弱地带。在拉伸应力的作 用下就有可能产生开裂而形成结晶裂纹。 11 ? 拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件； ? 液态薄膜是产生结晶裂纹的根本原因； 当液态薄膜的数量超过一定的界限之后， 反而具有“愈合”裂纹的作用。也就是说，低 熔共晶数量较多时，反而不产生裂纹，它可以 自由流动，填充有缝隙的部位。 例如，焊接某些高强铝合金时，为了防止 热裂纹，常采用含硅 5% 的铝硅合金焊丝，就 是利用低熔共晶的“愈合”作用来消除裂纹的。 12 结晶裂纹只有在一定的温度区间内才 会产生，该温度区间称 ? 当熔池开始结晶时，有较多的液态金属