4-第四章-焊接裂紋2-2

4-第四章-焊接裂紋2-2第一頁，共32頁。第四章焊接缺陷及其控制焊接冶金

第二頁，共32頁。

主要內(nèi)容

焊縫中的偏析和夾雜焊縫中的氣孔焊接裂紋

焊接冶金

第四章焊接缺陷及其控制第三頁，共32頁。焊接冶金

主要內(nèi)容

焊縫中的偏析和夾雜焊縫中的氣孔焊接裂紋

第四章焊接缺陷及其控制第四頁，共32頁。焊縫中的偏析和夾雜焊接冶金

主要內(nèi)容

焊接裂紋的種類和特征結晶裂紋的形成與控制延遲裂紋的形成與控制其它裂紋的形成與控制第五頁，共32頁。焊縫中的偏析和夾雜焊接冶金

主要內(nèi)容

焊接裂紋的種類和特征結晶裂紋的形成與控制延遲裂紋的形成與控制其它裂紋的形成與控制第六頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施冶金措施1）改進母材的化學成分

2）嚴格控制氫的來源3）適當提高焊縫韌性4）低氫焊接材料和方法

從降低熱影響區(qū)淬硬傾向的角度出發(fā)，采用低碳多種微量合金元素的強化方式，在提高強度的同時，也保證具有足夠的韌性；采用精煉技術盡可能降低鋼中的雜質(zhì)，是硫、磷、氧和氫等元素控制在極低的水平。第七頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施冶金措施1）改進母材的化學成分

2）嚴格控制氫的來源3）適當提高焊縫韌性4）低氫焊接材料和方法

對焊絲與鋼板坡口附近的鐵銹和油污等應認真清理

對焊條、焊劑應仔細烘干，注意環(huán)境濕度，采取防潮措施。低氫焊條應在350℃、超低氫焊條應在400-450℃烘干2h，并應妥善保管，最好早保溫箱或保溫筒內(nèi)存放，隨用隨取熔煉焊劑，焊前一般250℃烘干保溫2h即可。燒結焊劑，特別是低溫燒結焊劑，制造之后要密封存放，開封之后立即使用，不能存放過久，避免吸潮第八頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施冶金措施1）改進母材的化學成分

2）嚴格控制氫的來源3）適當提高焊縫韌性4）低氫焊接材料和方法

加入鈦、鈮、鉬、釩、硼即稀土等微量元素可以提高焊縫金屬韌性，在拘束應力的作用下，利用焊縫的塑性儲備，減輕了熱影響區(qū)負擔，從而降低整個焊接接頭的延遲裂紋敏感性。采用奧氏體焊條焊接某些淬硬傾向較大的中、低合金高強度鋼，也能很好的避免延遲裂紋的產(chǎn)生。第九頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施冶金措施1）改進母材的化學成分

2）嚴格控制氫的來源3）適當提高焊縫韌性4）低氫焊接材料和方法

采用高強，高韌，超低氫的焊接材料，采用二氧化碳氣體保護焊第十頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施工藝措施1）適當預熱

2）嚴控熱輸入3）焊后低溫熱處理4）多層焊5）合金安排焊縫和焊接順序

減少焊接過程中產(chǎn)生的熱應力，降低冷卻速度，有效的防止延遲裂紋的產(chǎn)生

預熱溫度過高，一方面惡化了工作條件，另一方面在局部預熱的條件下，可能產(chǎn)生附加應力，反而會促進裂紋的產(chǎn)生。第十一頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施工藝措施1）適當預熱

2）嚴控熱輸入3）焊后低溫熱處理4）多層焊5）合金安排焊縫和焊接順序

從防止產(chǎn)生脆硬組織的角度考慮，應降低冷卻速度或延長冷卻時間。除了預熱之外，適當增大熱輸入是有利的。

必須防止奧氏體晶粒過分粗化，以防形成有害的粗大的馬氏體。一些重要的焊接結構，必須嚴格控制焊接熱輸入。既要防止熱輸入過大引起的晶粒粗化，又要防止熱輸入過小引起的熱影響區(qū)淬硬第十二頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施工藝措施1）適當預熱

2）嚴控熱輸入3）焊后低溫熱處理4）多層焊5）合金安排焊縫和焊接順序

延遲裂紋一般在焊后幾分鐘或幾個小時之后才產(chǎn)生，焊后在延遲裂紋產(chǎn)生以前進行加熱處理，對防止延遲裂紋是有效的。

焊后低溫處理可以使擴散氫充分逸出，并有一定的降低殘余應力的作用。

焊后低溫熱處理溫度高低和加熱時間長短，還可能有一定的組織改善作用第十三頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施工藝措施1）適當預熱

2）嚴控熱輸入3）焊后低溫熱處理4）多層焊5）合金安排焊縫和焊接順序

要求在第一層焊道尚未產(chǎn)生延遲裂紋的潛伏期內(nèi)完勝第二層焊道的焊接。

第二層焊道的焊接熱可以促進第一層焊道中的氫迅速逸出，并可使第一層焊道熱影響區(qū)的淬硬層軟化。嚴格控制層間溫度，使擴散氫逸出，否則氫會發(fā)生逐層逸出，在多次加熱的條件下可能產(chǎn)生較大的殘余應力，反而增大延遲裂紋傾向。第十四頁，共32頁。焊接裂紋

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延遲裂紋的形成與控制焊接冶金

延遲裂紋的防止措施工藝措施1）適當預熱

2）嚴控熱輸入3）焊后低溫熱處理4）多層焊5）合金安排焊縫和焊接順序

合理安排焊縫即焊接次序可以有效降低結構的拘束度，降低拘束應力，從而有效防止延遲裂紋的產(chǎn)生。第十五頁，共32頁。焊縫中的偏析和夾雜焊接冶金

主要內(nèi)容

焊接裂紋的種類和特征結晶裂紋的形成與控制延遲裂紋的形成與控制其它裂紋的形成與控制第十六頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

再熱裂紋再熱裂紋形成機理

再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動導致微裂而發(fā)生和擴展的。在焊后再熱處理時，殘余應力松弛過程中，粗晶區(qū)應力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生再熱裂紋。

e>ecre——粗晶區(qū)局部晶界的實際塑性變形量；

ecr——再熱裂紋的臨界塑性變形量。

主要有晶內(nèi)沉淀強化、晶界雜質(zhì)析集弱化和蠕變斷裂等三種理論來解釋再熱裂紋的形成機理。第十七頁，共32頁。再熱裂紋再熱裂紋形成機理沉淀強化元素的碳化物和氮化物在一次焊接作用下因受熱而固溶，在焊后冷卻時不能充分析出，而在再熱處理過程中，在晶內(nèi)析出這些碳化物和氮化物，從而使晶內(nèi)強化。應力松弛所產(chǎn)生的變形就集中于晶界，當晶界的塑性不足時產(chǎn)生。1）晶內(nèi)沉淀強化理論

2）晶界雜質(zhì)析集弱化3）蠕變斷裂理論焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

第十八頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

再熱裂紋再熱裂紋形成機理

鋼中P、Sb、Sn、As等雜質(zhì)元素在500~600°C再熱處理過程中向晶界的塑性變形能力，就會產(chǎn)生再熱裂紋。1）晶內(nèi)沉淀強化理論

2）晶界雜質(zhì)析集弱化3）蠕變斷裂理論第十九頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

再熱裂紋再熱裂紋形成機理

蠕變斷裂理論的“楔形開裂模型”認為，在發(fā)生應力松弛的三晶粒交界處產(chǎn)生應力集中，當此應力超過晶界的結合力時就會在此處產(chǎn)生裂紋?！翱瘴荒Ｐ烷_裂”認為，點陣空位在應力和溫度的作用下，能夠發(fā)生運動，在應力繼續(xù)作用下，就會擴大而成為裂紋。1）晶內(nèi)沉淀強化理論

2）晶界雜質(zhì)析集弱化3）蠕變斷裂理論第二十頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

再熱裂紋再熱裂紋防止措施含有沉淀強化元素的鋼，焊后再熱或高溫使用

為防止再熱裂紋的產(chǎn)生，可以優(yōu)先選用含沉淀強化元素少的鋼種。嚴格限制母材和焊縫中的雜質(zhì)含量，也可以有效降低再熱裂紋傾向。選用焊接方法時應避免過大的熱輸入，以減少晶粒的粗化，采用比防止延遲裂紋更高的溫度預熱并配合后熱處理有利于防止再熱裂紋選用低強匹配焊接材料，增大焊縫的塑性和韌性對防止再熱裂紋也很有效。

從應力的角度考慮，應盡量降低殘余應力，避免應力集中。第二十一頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

層狀撕裂層狀撕裂形成機理一些非金屬夾雜物被軋成平行于軋制方向的帶狀夾雜物，造成了力學性能的各向異性。在板厚方向（Z向）承受拉伸應力時，存在的非金屬夾雜物會與金屬基體脫離結合，形成顯微裂紋，裂紋尖端的缺口效應造成應力、應變的集中，迫使裂紋沿著自身所處的平面擴展，在同以平面相鄰的一群夾雜物連成一片，形成了“平臺”不在同一軋層的鄰近平臺，在裂紋尖端處由于產(chǎn)生切應力的作用發(fā)生剪切斷裂，形成了剪切“壁”。第二十二頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

層狀撕裂層狀撕裂形成機理

一、夾雜物特性

鋼中存在著各種類型夾雜物，其成分不是影響層狀撕裂的決定性因素，關鍵是夾雜物的形態(tài)、數(shù)量及其分布特性。

從夾雜物的大小來看，主要決定于它的平均長度，而不是單個夾雜物的最大長度；

從夾雜物的形狀來看，端部曲率半徑小的薄片狀夾雜物比端部鈍而厚的夾雜物的影響要大。夾雜物特性、母材性能和Z向應力第二十三頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

二、鋼材本身的塑性、韌性有關。

層狀撕裂的“平臺”是由同平面的許多分離的夾雜物開裂厚，通過擴展相互連在一起形成的；而“壁”則是由相鄰平面內(nèi)的裂紋平臺通過剪切而連通形成的。不論是水平方向的擴展，還是垂直方向的剪切擴展，都直接與基體金屬的性能有聯(lián)系。

三、

厚壁焊接結構在焊接和使用過程中在板厚方向承受不同程度的拘束應力、焊后殘余應力及載荷，它們是造成層狀撕裂的力學條件。層狀撕裂第二十四頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

層狀撕裂層狀撕裂控制措施一是選用抗層狀撕裂的鋼材；

二是減少Z向應力和應力集中。

降低鋼中夾雜物的含量，控制夾雜物的形態(tài)，在設計和施焊工藝上主要是減小Z向應力和應力集中。第二十五頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

應力腐蝕裂紋裂紋形成機理活化通路應力腐蝕大陰極和小陽極陽極的溶解表現(xiàn)為集中性腐蝕損傷。陽極始終保持處于裂紋的最前沿，裂尖處于活化狀態(tài)而不鈍化其他部位（包括裂紋斷口兩側）發(fā)生鈍化陽極溶解第二十六頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

應力腐蝕裂紋裂紋形成機理

鈍化膜在應力作用下同金屬基體一道變形時發(fā)生破裂，裂隙處暴露出的金屬成為活化陽極，發(fā)生溶解。在腐蝕過程中，鈍化膜破壞的同時又會發(fā)生破裂的鈍化膜的修復，在連續(xù)發(fā)生應變下修復的鈍化膜又遭破壞。

當應力超過修復后鈍化膜的強度，應力腐蝕即可發(fā)生，直至脆斷。應變產(chǎn)生活性通道應力腐蝕第二十七頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

應力腐蝕裂紋裂紋形成機理

小陰極和大陽極組成大陽極發(fā)生溶解，均勻性腐蝕小陰極區(qū)析氫，陰極區(qū)金屬的集中性滲氫在持續(xù)載荷作用下導致脆斷裂紋尖端應力、應變集中促進金屬中氫向裂紋尖端聚集氫脆型應力腐蝕理論陰極氫脆第二十八頁，共32頁。焊接裂紋

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其它裂紋的形成與控制焊接冶金

應力腐蝕裂紋防止措施

應力腐蝕裂紋的形成必須同時具有三個因素的作用，材質(zhì)、介質(zhì)及拉應力。

采用雙相不銹鋼代替奧氏體不銹鋼可以有效提高結構的耐應力腐蝕能力。雙相不銹鋼具有強度高、對晶間腐蝕不敏感、較好的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力等特點。

采用了抗應力腐蝕能力很強的母材，但若選用的焊接材料不當，也會使構件過