焊接冷裂紋總結(jié)建筑專業(yè)

1、焊接冷裂紋斷口形貌的分析（1985年）許玉環(huán)，張文鉞，杜則裕，趙忠，陳邦固1.冷裂紋的斷口形貌可分為三個區(qū)域，即啟裂區(qū)，擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)。2.當材料的pcm較大時，粗晶區(qū)出現(xiàn)粗大的板條馬氏體，啟裂區(qū)易出現(xiàn)沿晶斷口和塑性變形較小的準解理斷口。當材料的pcm較小時，粗晶區(qū)出現(xiàn)鐵素體等非淬硬組織，啟裂區(qū)則易出現(xiàn)塑性變形較大的準解理和韌窩斷口。當材料的pcm由大到小變化時，擴展區(qū)由沿晶斷口逐漸變化為韌窩斷口。冷裂紋斷裂區(qū)中，塑性斷裂的程度增大，即韌窩斷口的比例增加。既使在淬硬傾向較大的15mnv(a)中，斷裂區(qū)中也出現(xiàn)了帶有沿晶特點的韌窩斷口。但由于材料的不同，韌窩特點也不同，隨pcm的減小，韌窩細

2、化。3.當鋼種材料的pcm較高時(18mnmonb)，粗晶區(qū)往往出現(xiàn)粗大的板條馬氏體組織，這種組織對氫敏感，本身塑性很差，往往在低應(yīng)力下發(fā)生破壞。其啟裂區(qū)、擴展區(qū)主要是沿晶斷口，并有少量的準解理斷口。當鋼種材料的pcm較小時，粗晶區(qū)往往有鐵素體等非淬硬組織的存在，這時粗晶區(qū)塑性較好，且對氫敏感性差，所以整個斷口都會顯示出塑性斷裂的特征。4.冷裂紋三個階段的斷口形貌發(fā)生了很大變化。一般而言，擴展區(qū)中脆性斷口比例最大，而斷裂區(qū)中往往有撕裂剪唇的塑性斷口存在。這是由于在擴展區(qū)中，冷裂紋的擴展速度較慢，在應(yīng)力吸附的作用下，氫易于聚集到裂紋尖端，從而使該區(qū)域的組織脆化，致使脆性斷口的面積增加。當裂紋擴展

3、到一定階段后，出現(xiàn)失穩(wěn)，裂紋出現(xiàn)快速擴展，直至插銷最后斷裂。在快速擴展中，由于氫不能迅速聚集到裂紋尖端，從而該區(qū)域組織的塑性較好，所以斷裂區(qū)中往往有較多的韌窩斷口存在。5.盡管屬于同樣的斷口形態(tài)，但由于鋼材及焊接時冷卻情況等的不同，其斷裂特征仍有一定的差別。在斷裂區(qū)中，鋼種隨po，的增加，韌窩斷口的特征為:dr(細)一dr(較粗)一dr(沿晶)。6.加載應(yīng)力較高時，容易出現(xiàn)韌窩斷口，而加載應(yīng)力較低時，容易出現(xiàn)沿晶斷口。7.當鋼材的冷裂敏感指數(shù)pcm，熔敷金屬中擴散氫含量h增加或外加應(yīng)力下降時，斷口中沿晶斷口增加，反之則會出現(xiàn)韌窩斷口。焊前預(yù)熱對高強鋼焊接冷裂紋的影響（1993年）胡中其，鄭政1

4、.影響焊接冷裂紋三大因素的條件很多，但在實際生產(chǎn)中，鋼種的化學(xué)成分、板厚及接頭型式都已由設(shè)計確定，通常的焊條烘干、坡口清理、焊環(huán)境也都有常規(guī)要求，防止焊接冷裂紋就主要依靠調(diào)整焊接線能量和選擇合適的預(yù)熱溫度了(當然也包括后熱處理)。2.預(yù)熱溫度對冷卻時間的影響比線能量對冷卻時間的影響要大些。而且線能量過大，會引起熱影響區(qū)過熱，使晶粒長大，降低接頭的抗裂性能。同時線能量的調(diào)整還受到焊條直徑、焊縫位置等條件的約束，調(diào)節(jié)范圍有限，而預(yù)熱溫度的調(diào)節(jié)范圍相對來說就大多了。3.預(yù)熱溫度的選定取決于鋼種的化學(xué)成分、焊縫金屬含氫量、板厚、拘束度等條件。進行一系列試驗，固然可以找到最佳預(yù)熱溫度。但根據(jù)實際條件，借

5、助某些試驗圖表、數(shù)據(jù)，進行必要的運算，同樣可以優(yōu)選出最佳預(yù)熱溫度，滿足生產(chǎn)需要，達到有效防止高強鋼焊接時產(chǎn)生冷裂紋的目的。4.在低合金高強鋼的焊接中，氫是引起焊接冷裂紋的重要因素之一。焊接接頭的含氫量越高，則裂紋的敏感性越大。由于熱源的高溫作用，加之藥皮水分，空氣中的濕氣等條件，焊縫金屬中溶解了很多氫。在冷卻過程中，這些氫的動態(tài)行為有:外逸、擴散、聚集。在較高溫度下，大部分擴散氫可逸出金屬，而殘余擴散氫含量在局部地區(qū)聚集到產(chǎn)生裂紋的臨界濃度時，就會引起開裂并可能擴展。擴散氫在局部地區(qū)聚集，與氫在不同金相組織中的溶解度和擴散速度不同有關(guān)。低合金高強鋼焊接時之所以容易產(chǎn)生延遲裂紋，就是因為氫在奧氏

6、體中的溶解度大，擴散速度較小，而在鐵素體、珠光體中則溶解度下降，擴散速度很快。低合金鋼焊縫金屬含碳量低于母材，故在冷卻過程中先于母材熱影響區(qū)發(fā)生奧氏體分解，分解成鐵素體、珠光體時氫的溶解度突然下降，擴散速度卻很快，于是氫很快地從焊縫越過溶合線向尚未發(fā)生分解的熱影響區(qū)奧氏體擴散。由于氫在奧氏體中的擴散速度較小，不能很快地把氫擴散到距熔合線較遠的母材中去，因此在熔合線附近就形成富氫地帶。如果這個部位有缺口效應(yīng)，氫便發(fā)生聚集，達到臨界濃度值時，便可產(chǎn)生裂紋。氫致延遲裂紋既與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，也與溫度有密切關(guān)系。溫度太高，氫易逸出，溫度太低，氫的擴散受到抑制。因此延遲破壞只是在一個溫度區(qū)間發(fā)生，一般在-1

7、00100。圖（a）氫在鐵中的溶解度 圖（b）氫在不同組織的鋼中的擴散速度5.預(yù)熱不僅可以降低焊接應(yīng)力，而且可以提高鋼的臨界拘束應(yīng)力。所謂臨界拘束應(yīng)力，就是焊接時產(chǎn)生的拘束應(yīng)力不斷增大，直至開始產(chǎn)生裂紋時的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力，記作cr。它實際上反映了產(chǎn)生延遲裂紋各個因素的共同作用結(jié)果。cr值可用作評定冷裂紋敏感性的判據(jù)，cr越大，則冷裂敏感性越小。焊接冷裂紋臨界冷卻時間判據(jù)tcr的建立（1994年）許玉環(huán)，張文鉞，徐德祿1.多年來，許多焊接工作者已經(jīng)建立了各種冷裂判據(jù):如碳當量、焊接熱影響區(qū)(haz)最大硬度、冷裂敏感指數(shù)、臨界應(yīng)力、臨界拘束度等。插銷試驗臨界應(yīng)力研究的比較多，但與實際結(jié)構(gòu)的

8、情況有較大差異，不能反映結(jié)構(gòu)的坡口形式和受力狀態(tài)。臨界拘束度作為判據(jù)比較合理，但試驗裝置比較復(fù)雜，并且接頭受力常超出彈性范圍，而處于彈塑狀態(tài)，如何進行修正，尚處于研究階段。至于碳當量、haz最大硬度、裂紋敏感指數(shù)等判據(jù)，往往只考慮單一的因素，因而有很大的局限性。2.日本的百合岡等人提出了以臨界冷卻時間tcr為判據(jù)，由tcr與實際結(jié)構(gòu)某部位接頭的冷卻時間t100相比:tcrt100 安全；tcr>t100 裂。3.以tcr為判據(jù)來判定冷裂敏感性，無論從理論上還是工程上都比較合理。因為從峰值溫度冷至100的冷卻時間t100對氫的逸出有重要影響。根據(jù)菊田等人的研究，氫的聚集開始于焊后冷到150

9、-100，在焊后1-2h氫聚集達到最大值，然后逐漸耗散，氫聚集的位置主要在熔合區(qū)有缺口效應(yīng)的部位。由以上看來，冷卻達到100后，焊接區(qū)的殘余擴散氫才是真正誘發(fā)裂紋的氫含量。另一方面冷卻時間t100的長短，對焊接接頭的組織變化及拘束應(yīng)力的大小也都有重要的影響。因此，采用臨界冷卻時間tcr能夠綜合反應(yīng)鋼的碳當量水平、接頭擴散氫含量、焊接線能量、預(yù)熱、后熱及接頭的拘束條件等對冷裂紋敏感性的影響。所以不同的臨界冷卻時間tcr就反映了不同的冷裂紋敏感性，也就是說tcr可以作為焊接接頭冷裂傾向的判據(jù)。應(yīng)力/應(yīng)變場對插銷試驗焊接接頭氫擴散的影響（2002年）張顯輝,陳佩寅,譚長瑛結(jié)論：(1)靜載拉伸使插銷缺

10、口尖端產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中。隨著載荷的增大,缺口尖端應(yīng)力集中區(qū)域逐漸增大,但應(yīng)力集中系數(shù)逐漸減小。(2)在外加載荷作用下,插銷尖端產(chǎn)生了局部塑性變形,但區(qū)域很小。隨著載荷的增大,塑性變形量增大,但塑性變形區(qū)域面積變化不大。(3)插銷缺口前沿的氫擴散經(jīng)歷一個峰值變化過程。在相同氫源條件下,隨著外加載荷的增加,缺口前沿應(yīng)力集中部位氫的峰值濃度逐漸提高。(4)應(yīng)力應(yīng)變集中是導(dǎo)致氫在插銷缺口前沿產(chǎn)生聚集的重要原因。hsla80鋼焊接冷裂紋敏感性研究（2008年）姚春發(fā)，蘇航，楊才福1.本文以hsla80鋼為研究對象，針對鋼板的性能要求，用碳當量法和冷裂紋敏感指數(shù)法作為該鋼焊接時抗冷裂紋敏感性的間接評定

11、方法。用小鐵研試驗(斜y型坡口裂紋敏感性試驗)和熱影響區(qū)最高硬度試驗作為其抗冷裂紋敏感性的直接評定方法，對hsla80鋼的焊接冷裂紋敏感性進行綜合評定，并為其今后的實際焊接工藝制定及推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)性的焊接數(shù)據(jù)。2.本試驗分低溫小鐵研和濕度小鐵研試驗，兩種小鐵研試驗均在密閉的環(huán)境試驗室中進行。低溫小鐵研試驗相對濕度恒定為90 ，按從一20到0的順序進行試驗；濕度小鐵研試驗采用工業(yè)加濕器以機械方式產(chǎn)生水霧，改變環(huán)境濕度，以電熱器改變環(huán)境中的溫度，以干濕球水銀溫度計測得相對濕度，并根據(jù)曲線表查出絕對濕度。低溫小鐵研試驗主要是考慮鋼的淬硬傾向?qū)附永淞鸭y的影響；中焊接接頭的含氫量主要取決于環(huán)境濕度。

12、濕度分相對濕度和絕對濕度，而在實際焊接過程中，對冷裂敏感性產(chǎn)生實際影響的是絕對濕度(單位pa)。3.對于強度級別為400-700mpa的低合金高強度鋼，通常采用以下公式來計算其鋼的碳當量(ce（iiw）)、裂紋敏感指數(shù)(pc，pcm)、預(yù)熱溫度(t0)及熱影響區(qū)最高硬度(hmax)。 （其中為板厚，mm；h為焊縫金屬擴撒氫含量，ml/100g）4. 根據(jù)相對濕度、絕對濕度和溫度的關(guān)系，當相對濕度較高或趨近于飽和時，絕對濕度隨溫度的升高而升高。此時，空氣中懸浮的水蒸氣霧滴處于不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是當溫度略向下波動時，霧滴趨向于凝聚，從而附著在固體表面。因此在焊接過程中，試板上的凝結(jié)水和環(huán)境氣氛中的水

13、蒸氣是焊縫中氫的兩個主要來源。5.濕度對焊接延遲裂紋的影響是顯著的，高溫高濕下焊接容易對焊接接頭產(chǎn)生潛在的危險，并且大于0時焊接的危險。6.高濕度條件下焊接hsla80鋼，通過低溫預(yù)熱(高于環(huán)境溫度1020c)能夠有效地避免延遲裂紋產(chǎn)生，其主要原因是阻止了試樣表面的凝結(jié)水，而不是減緩了冷卻速度。nb-cr x80管線鋼冷裂敏感性分析（2010年）尹長華,薛振奎,閆臣1.管線鋼的焊接性,既與管線鋼本身的材質(zhì)有關(guān),也與焊接工藝條件有關(guān)。分析研究管線鋼焊接性的目的,在于查明管線鋼在指定的焊接工藝條件下可能產(chǎn)生的問題及產(chǎn)生問題的原因,以確定焊接工藝的合理性或管線鋼的改進方向。2.冷裂紋是焊接nb-cr

14、x80管線鋼時可能出現(xiàn)的一種嚴重缺陷。冷裂紋一般是在焊接冷卻過程中,在馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度ms點附近或更低溫度區(qū)間逐漸產(chǎn)生的,多發(fā)生在100以下。裂紋可能在焊后立即出現(xiàn),也可能在焊后經(jīng)過一段時間(幾小時,幾天,甚至更長時間)才出現(xiàn),因而冷裂紋往往具有延遲產(chǎn)生的特征。由于管線鋼現(xiàn)場焊接時,易于滿足冷裂紋產(chǎn)生的3大條件,因而管線鋼焊接冷裂紋主要發(fā)生在管線鋼現(xiàn)場焊接接頭中。3.考慮焊縫含氫量和接頭拘束度,由試驗求得焊接冷裂紋的敏感指數(shù)pc可用下面公式計算， （其中為板厚，mm；h為焊縫金屬擴撒氫含量，ml/100g）。求得pc后,利用下式即可求出在斜y形坡口焊接裂紋試驗條件下,為防止冷裂紋所需的最低預(yù)

15、熱溫度t0，t0=1440pc-392。4.適合國產(chǎn)管線鋼的最高硬度hv10(max)估算公式如下：hv10(m)100%馬氏體組織時的硬度,僅與碳含量有關(guān)；hv10(m)=1198c+280(調(diào)質(zhì)和控軋鋼),hv10(m)=845c+304(非調(diào)質(zhì)鋼)。hv10(0)無馬氏體,主要是貝氏體、珠光體及鐵素體組織時的硬度,除碳之外還受多種成分的影響。800-500的冷卻時間,即t8/5,s;0.5對應(yīng)于hv10(0.5)時的t8/5冷卻時間,k硬度計算公式參數(shù),是修正硬度曲線擬合后確定的,k主要受冷卻過程中析出沉淀強化元素(mo,v和nb等)的影響。，其中針對通常的焊接情況,取t8/5=5-15

16、 s,經(jīng)計算有hv10(max)=324-256。對于管線鋼焊接而言,為避免產(chǎn)生冷裂紋允許的最大硬度一般為260hv10或24hrc。采用低氫型焊條時,硬度上限可放寬至350hv10, co2氣體保護焊時為408hv10。5.(1)纖維素型焊條根焊時裂紋敏感性要比低氫型焊接方法或焊接材料根焊時大。(2)強度級別高的低氫型焊材根焊時的裂紋敏感性要比強度級別低的低氫型焊材根焊時大。(3)預(yù)熱溫度提高,裂紋的敏感性降低。環(huán)境溫度變化,裂紋的敏感性變化不明顯。6. 由于插銷試驗?zāi)軌蛑苯訙y定產(chǎn)生焊接冷裂紋的下臨界應(yīng)力,具有定量化的優(yōu)勢,并可綜合考察工藝參數(shù)及熔敷金屬中的氫含量對nb-crx80鋼產(chǎn)生冷裂

17、紋的敏感性,因此采用插銷試驗建立了nb-crx80鋼產(chǎn)生冷裂紋的判據(jù)。1.國內(nèi)較廣泛應(yīng)用的有y型坡口試驗法，cts法，巴東試驗法，環(huán)形鑲塊試驗法，剛性節(jié)點試驗法，窗形拘束試驗法等小型自拘束的定性試驗法。2.接熱模擬試驗機是研究熱影響區(qū)組織性能與冷裂紋關(guān)系的測試手段。3.可變拘束長度的剛性拘束(vrc)試驗法。4.trc試驗即拉伸拘束裂紋試驗（tensile restraint cracking test）：一種定量測定焊接冷裂紋試驗方法。試驗時將試板固定在專門的試驗機上。施焊后立即施加一橫向拉伸載荷，并調(diào)整拉伸應(yīng)力使其達到某一定值，長時間保持這個應(yīng)力，直至產(chǎn)生裂紋或斷裂為止。如果不裂，則一般保

18、持24小時，可用產(chǎn)生冷裂紋的臨界應(yīng)力和加載的持續(xù)時間（即裂紋的潛伏期）來評定冷裂紋的敏感性和影響因素。x100 管線鋼冷裂紋敏感性研究（2011年）張 君，牛 輝1.埋弧焊接具有生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量高、勞動條件好等優(yōu)點，成為石油天然氣輸送用鋼管焊接通用方法。2.api spec 5l（44版）力學(xué)性能要求x100管線鋼屈服強度rp0.2為690-840 mpa， 抗拉強度rm為760-990mpa。本試驗用 x100管線鋼 rp0.2為734mpa，rm為823mpa。3. 根據(jù)gb94461988焊接用插銷冷裂紋試驗方法， 試樣采用環(huán)形缺口，插銷圓柱直徑a=8.0mm，缺口角度=40°

19、;,試樣長 l=135mm；試驗選用埋弧焊工藝，焊縫成形系數(shù)較大，為確保缺口底部面積全部處于過熱區(qū)范圍內(nèi)，并保證斷裂完全沿缺口底部開裂，圓棒光面不發(fā)生塑性變形，缺口深度h采用1.5mm深缺口,缺口根部半徑r=0.1mm。插銷試驗底板尺寸為260mm×400mm，厚度15.3mm；插銷孔直徑8.1mm，間距33mm。4.根據(jù)x100管線鋼抗拉強度及經(jīng)驗公式進行預(yù)定載荷的計算，為20000n。式中： cr插銷試驗臨界斷裂應(yīng)力，mpa；h按gb 法測得的熔敷金屬擴散氫含量，ml/100g；hv粗晶區(qū)的最大維氏硬度，hv10。5.焊接后當溫度降到150時啟動加載裝置開始加載，在1min之內(nèi)加

20、載到預(yù)定載荷并保持。首先使用20000n的載荷加載，16h內(nèi)根據(jù)插銷試樣是否斷裂， 再增加或減小 25%的拘束拉力。試驗過程中采集并記錄加載載荷、粗晶區(qū)的溫度場、加載時間、t8/5和t100等數(shù)據(jù)6.隨著拘束應(yīng)力的降低，插銷斷裂時間逐漸延長， 當拘束應(yīng)力降低到某一值時， 插銷不發(fā)生斷裂， 該應(yīng)力即為臨界斷裂應(yīng)力cr。7.根據(jù)斷裂準則：臨界斷裂應(yīng)力大于等于材料的屈服強度即能防止冷裂紋。一種微合金高強鋼焊接冷裂紋敏感性（2011年）蔣慶梅，陳禮清，許云波，孫衛(wèi)華1. 利用合金設(shè)計并結(jié)合現(xiàn)代冶金及先進制造工藝，可以實現(xiàn)低合金鋼的高性能化，如采用合金強化、組織強化、控軋 控冷工藝(tmcp)、淬火-自

21、回火控制軋制(qst)技術(shù)和弛豫-析出控制相變(rpc)技術(shù)等。在上述領(lǐng)域應(yīng)用的高強度鋼，雖能滿足結(jié)構(gòu)需要，但同時也給結(jié)構(gòu)件的焊接帶來困難，尤其是抗拉強度大于800mpa 的低合金鋼，焊接熱影響區(qū)(haz)特別是粗晶區(qū)，容易出現(xiàn)冷裂紋和韌性下降的傾向，因此防止冷裂紋的產(chǎn)生成為低合金高強鋼焊接所面臨的問題之一。2 （1） （2）式(1)主要適用于中等強度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼(rm=400-700mpa)，而式(2)適用于強度級別較高的低合金高強鋼(rm=500-1000mpa)，且調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)鋼均可應(yīng)用。上述2個公式均適用于含碳量0.18%（質(zhì)量分數(shù)）以上的鋼種，而碳的質(zhì)量分數(shù)在0.17%以下時，則引起較大誤差。3.試驗中預(yù)熱溫度為100時，裂紋率均為0，因此可以把100作為該工藝條件下的臨界預(yù)熱溫度。以該工藝條件為基礎(chǔ)，通過理論計算可以獲得該工藝對應(yīng)的臨界冷卻時間(t8/5)cr，只要焊接工藝的冷卻時