焊接缺陷—2焊接裂紋

1、Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制材料成型基礎(chǔ)Part IV焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制焊接裂紋1 1、概述、概述 2 2、焊接熱裂紋、焊接熱裂紋3 3、焊接冷裂紋、焊接冷裂紋 4 4、其他裂紋、其他裂紋: (1): (1)再熱裂紋再熱裂紋,(2),(2)層狀撕裂層狀撕裂, , (3)(3)應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋5 5、焊接裂紋綜合分析和判斷、焊接裂紋綜合分析和判斷Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.1 概述1 1、裂紋的危害、裂紋的危害在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下在應(yīng)力與致脆

2、因素的共同作用下, 使材料的原子結(jié)合使材料的原子結(jié)合遭到破壞遭到破壞, 在形成新界面時(shí)產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。在形成新界面時(shí)產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋輕者需要返修，浪費(fèi)人力、物力、焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋輕者需要返修，浪費(fèi)人力、物力、時(shí)間，重者造成焊接結(jié)構(gòu)報(bào)廢，無(wú)法修補(bǔ)。更嚴(yán)重時(shí)間，重者造成焊接結(jié)構(gòu)報(bào)廢，無(wú)法修補(bǔ)。更嚴(yán)重者造成事故、人身傷亡。如者造成事故、人身傷亡。如1969年有一艘年有一艘5萬(wàn)噸的礦萬(wàn)噸的礦石運(yùn)輸船在太平洋上航行時(shí)，斷裂成兩段而沉沒(méi)，石運(yùn)輸船在太平洋上航行時(shí)，斷裂成兩段而沉沒(méi)，在壓力容器破壞事故中，有很多都是由于焊接裂紋在壓力容器破壞事故中，有很多都是由于焊接裂紋造成。因此，解

3、決研究焊接裂紋已成為當(dāng)前主要課造成。因此，解決研究焊接裂紋已成為當(dāng)前主要課題。題。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2 2、裂紋的種類、裂紋的種類各種不同類型的裂紋各種不同類型的裂紋焊縫中縱向裂紋，焊縫中縱向裂紋，焊縫上橫向裂紋，焊縫上橫向裂紋，熱影響區(qū)縱向裂紋，熱影響區(qū)縱向裂紋，熱影響區(qū)橫向裂紋，熱影響區(qū)橫向裂紋，火口（弧坑）裂紋，火口（弧坑）裂紋，焊道下裂紋，焊道下裂紋，焊縫內(nèi)部晶間裂紋，焊縫內(nèi)部晶間裂紋，焊趾裂紋，焊趾裂紋，熱影響區(qū)焊縫貫穿裂紋，熱影響區(qū)焊縫貫穿裂紋，焊縫根部裂紋焊縫根部裂紋2.1 概述Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制

4、a-a-縱向裂紋，縱向裂紋，b-b-橫向裂紋，橫向裂紋，c-c-星形裂紋星形裂紋1-1-焊縫中縱向裂紋，焊縫中縱向裂紋，2-2-焊縫上橫向裂紋，焊縫上橫向裂紋，3-3-熔合區(qū)裂紋，熔合區(qū)裂紋，4-4-焊縫根部裂紋，焊縫根部裂紋，5-HAZ5-HAZ根部裂紋，根部裂紋，6-6-焊趾縱向裂紋焊趾縱向裂紋( (延遲裂紋延遲裂紋) )，7-7-焊趾縱向裂紋焊趾縱向裂紋( (液化裂紋、液化裂紋、再熱裂紋再熱裂紋) )，8-8-焊道下裂紋焊道下裂紋( (延遲裂紋、液化裂紋、再熱裂紋延遲裂紋、液化裂紋、再熱裂紋) )，9-9-層狀撕裂，層狀撕裂，10-10-弧坑裂紋弧坑裂紋( (火口裂紋火口裂紋) )焊接裂

5、紋的宏觀形態(tài)及其分布焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布2.1 概述Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 分類: (1)(1)、 按裂紋分布的走向分按裂紋分布的走向分: :橫向裂紋橫向裂紋縱向裂紋縱向裂紋 星形（弧形裂紋）星形（弧形裂紋） 縱向裂紋(2)(2)、按裂紋發(fā)生部位分、按裂紋發(fā)生部位分: :焊縫金屬中裂紋焊縫金屬中裂紋 熱影響區(qū)中裂紋熱影響區(qū)中裂紋焊縫熱影響區(qū)貫穿裂紋焊縫熱影響區(qū)貫穿裂紋2.1 概述2 2、裂紋的分類、裂紋的分類Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 分類: (3)(3)、 按產(chǎn)生本質(zhì)分按產(chǎn)生本質(zhì)分: :熱裂紋熱裂紋 (hot cr

6、acking)(hot cracking) 冷裂紋冷裂紋 (cold cracking)(cold cracking)再熱裂紋再熱裂紋 (stress relief cracking) (stress relief cracking) 層狀撕裂層狀撕裂 (lamellar tear)(lamellar tear)應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋 (stress corrosion cracking) (stress corrosion cracking) 2.1 概述2 2、裂紋的分類、裂紋的分類Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.2 焊接熱裂紋1 1、熱裂紋概述、熱裂紋概

7、述產(chǎn)生：產(chǎn)生：金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的開(kāi)裂現(xiàn)象的開(kāi)裂現(xiàn)象部位：部位：主要出現(xiàn)在焊縫上，也可出現(xiàn)在近縫區(qū)主要出現(xiàn)在焊縫上，也可出現(xiàn)在近縫區(qū)特征：特征：宏觀上宏觀上, 沿焊縫成縱向分布沿焊縫成縱向分布(連續(xù)或繼續(xù)連續(xù)或繼續(xù))，也有橫向分布；裂口均有較明顯的氧化色彩，表也有橫向分布；裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無(wú)光澤，但金屬內(nèi)部的熱裂紋因與外界隔絕，面無(wú)光澤，但金屬內(nèi)部的熱裂紋因與外界隔絕，其氧化程度不如表面裂紋明顯。微觀上，沿晶粒其氧化程度不如表面裂紋明顯。微觀上，沿晶粒邊界邊界(包括亞晶界包括亞晶界)分布，屬于沿晶開(kāi)裂性質(zhì)。分布，屬于沿晶開(kāi)裂性

8、質(zhì)。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2 2、熱裂紋分類與特征、熱裂紋分類與特征分類：分類：與液膜有關(guān)與液膜有關(guān)： (1) 凝固裂紋凝固裂紋 (結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋) (2) 液化裂紋液化裂紋與液膜無(wú)關(guān)：與液膜無(wú)關(guān)： (3) 高溫失延裂紋高溫失延裂紋 (多邊化裂紋多邊化裂紋) 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(1)(1)、凝固裂紋、凝固裂紋金屬凝固結(jié)晶的末期，在固相線附近，因晶間殘金屬凝固結(jié)晶的末期，在固相線附近，因晶間殘存液膜在應(yīng)力作用所造成的晶間開(kāi)裂存液膜在應(yīng)力作用所造成的晶間開(kāi)裂特征：最常見(jiàn)的熱裂紋形式，其斷口具有沿晶間

9、特征：最常見(jiàn)的熱裂紋形式，其斷口具有沿晶間液膜分離的特征，裂紋表面無(wú)金屬光澤。液膜分離的特征，裂紋表面無(wú)金屬光澤。主要發(fā)生在含雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中主要發(fā)生在含雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中( (含含S S、P P、C C、SiSi偏高偏高) )和單相奧氏體鋼、鎳基合和單相奧氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金焊縫中。金以及某些鋁合金焊縫中。 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(2)(2)、液化裂紋、液化裂紋焊接時(shí)近縫區(qū)或焊縫層間金屬由于過(guò)熱，晶間可焊接時(shí)近縫區(qū)或焊縫層間金屬由于過(guò)熱，晶間可能出現(xiàn)液化現(xiàn)象，在拉力作用下由于晶間液膜分能出現(xiàn)液化現(xiàn)象，

10、在拉力作用下由于晶間液膜分離而導(dǎo)致開(kāi)裂離而導(dǎo)致開(kāi)裂 特征：特征：在其斷口上局部有樹(shù)枝狀突起在其斷口上局部有樹(shù)枝狀突起。主要發(fā)生在含主要發(fā)生在含CrCr、NiNi的高強(qiáng)鋼、奧氏體鋼以及的高強(qiáng)鋼、奧氏體鋼以及某些鎳基合金的近縫區(qū)或多層焊層間部位，母材某些鎳基合金的近縫區(qū)或多層焊層間部位，母材和焊絲中和焊絲中S S、P P、C C、SiSi含量偏高時(shí)，液化裂紋含量偏高時(shí)，液化裂紋傾向嚴(yán)重。傾向嚴(yán)重。 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(3)(3)、高溫失延裂紋、高溫失延裂紋( (多邊化裂紋多邊化裂紋) )產(chǎn)生溫度低于固相線溫度，存在晶格缺陷產(chǎn)生溫度低于固相

11、線溫度，存在晶格缺陷(位錯(cuò)位錯(cuò)和空位和空位)，物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻性，在應(yīng)力作，物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻性，在應(yīng)力作用下，缺陷聚集形成多邊化邊界，使強(qiáng)度塑性下用下，缺陷聚集形成多邊化邊界，使強(qiáng)度塑性下降，沿多邊化邊界開(kāi)裂。降，沿多邊化邊界開(kāi)裂。特征：特征：與液膜無(wú)關(guān)，斷口粗糙不光滑，顯示出柱與液膜無(wú)關(guān)，斷口粗糙不光滑，顯示出柱狀晶明顯的方向性狀晶明顯的方向性。主要發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金的焊縫中或主要發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金的焊縫中或近縫區(qū)。近縫區(qū)。2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制3 3、熱裂紋形成機(jī)理、熱裂紋形成機(jī)理 2.2 焊接熱裂紋(1)

12、 (1) 成因成因焊接過(guò)程中遇到的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋。焊接過(guò)程中遇到的熱裂紋主要是結(jié)晶裂紋。 結(jié)晶裂紋大部分都沿焊縫樹(shù)枝狀結(jié)晶的交界結(jié)晶裂紋大部分都沿焊縫樹(shù)枝狀結(jié)晶的交界處發(fā)生和發(fā)展的，常見(jiàn)沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開(kāi)裂即處發(fā)生和發(fā)展的，常見(jiàn)沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開(kāi)裂即縱向裂紋，有時(shí)焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹(shù)枝狀晶體之間?？v向裂紋，有時(shí)焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹(shù)枝狀晶體之間。 對(duì)于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、鋁合金、結(jié)晶對(duì)于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、鋁合金、結(jié)晶裂紋主要發(fā)生在焊縫上，某些高強(qiáng)鋼，含雜質(zhì)較多裂紋主要發(fā)生在焊縫上，某些高強(qiáng)鋼，含雜質(zhì)較多的鋼種，除發(fā)生在焊縫之處，還出現(xiàn)在近縫區(qū)上。的鋼種，除發(fā)生在焊縫之處，還出現(xiàn)在近縫區(qū)上。P

13、art IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(1) (1) 成因成因2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(1) (1) 成因成因2.2 焊接熱裂紋焊縫結(jié)晶過(guò)程中晶界是個(gè)薄弱地帶：焊縫結(jié)晶過(guò)程中晶界是個(gè)薄弱地帶：先結(jié)晶的金屬先結(jié)晶的金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)較多，形成低熔點(diǎn)的共較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)較多，形成低熔點(diǎn)的共晶化合物排擠在柱狀晶交遇的中心部位晶化合物排擠在柱狀晶交遇的中心部位(晶界晶界)，形，形成成“液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜”。此時(shí)因收縮而受到拉伸應(yīng)力，焊。此時(shí)因收縮而受到拉伸應(yīng)力，焊縫中晶界處的液態(tài)薄膜成為薄弱地帶。在拉伸應(yīng)力縫中晶

14、界處的液態(tài)薄膜成為薄弱地帶。在拉伸應(yīng)力的作用就可能在這個(gè)薄弱地帶開(kāi)裂形成結(jié)晶裂紋。的作用就可能在這個(gè)薄弱地帶開(kāi)裂形成結(jié)晶裂紋。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：焊縫中存在液態(tài)薄膜和焊縫凝固過(guò)程中焊縫中存在液態(tài)薄膜和焊縫凝固過(guò)程中受到拉伸應(yīng)力共同作用的結(jié)果。受到拉伸應(yīng)力共同作用的結(jié)果。液態(tài)薄膜是必要條件(內(nèi)因)拉伸應(yīng)力是充分條件 (外因)Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.2 焊接熱裂紋低碳鋼焊縫熔池結(jié)低碳鋼焊縫熔池結(jié)晶分三個(gè)階段：晶分三個(gè)階段：(1) (1) 液液- -固階段固階段(2) (2) 固固- -液階段液階段(3)(3)完全凝固階段完全凝固階段(2) (2) 凝固階段對(duì)

15、結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用凝固階段對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(2) (2) 凝固階段對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用凝固階段對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用2.2 焊接熱裂紋(1) (1) 液液- -階段階段溫度較高、晶核數(shù)量少，相鄰晶粒間不接觸，液態(tài)溫度較高、晶核數(shù)量少，相鄰晶粒間不接觸，液態(tài)金屬可在晶粒間自由流動(dòng)，拉伸應(yīng)力作用下被拉開(kāi)金屬可在晶粒間自由流動(dòng)，拉伸應(yīng)力作用下被拉開(kāi)的縫隙可能被流動(dòng)的液態(tài)金屬能夠及時(shí)填滿的縫隙可能被流動(dòng)的液態(tài)金屬能夠及時(shí)填滿不不發(fā)生裂紋。發(fā)生裂紋。(2) 固固-液階段液階段溫度較低，固相為主，枝晶骨架以長(zhǎng)成；晶間殘留溫度較低，固相為主，枝晶

16、骨架以長(zhǎng)成；晶間殘留少量液體尤其是低熔共晶，流動(dòng)困難，拉伸應(yīng)力作少量液體尤其是低熔共晶，流動(dòng)困難，拉伸應(yīng)力作用產(chǎn)生的微小縫隙無(wú)法填充用產(chǎn)生的微小縫隙無(wú)法填充由于液態(tài)薄膜抗變由于液態(tài)薄膜抗變形阻力小，形變將集中于液膜所在的晶間，此時(shí)若形阻力小，形變將集中于液膜所在的晶間，此時(shí)若存在足夠大的拉伸應(yīng)力，則在晶體發(fā)生塑性變形之存在足夠大的拉伸應(yīng)力，則在晶體發(fā)生塑性變形之前，液膜所在晶界就會(huì)優(yōu)先開(kāi)裂，形成凝固裂前，液膜所在晶界就會(huì)優(yōu)先開(kāi)裂，形成凝固裂紋。紋。脆性溫度區(qū)脆性溫度區(qū) (3) 完全凝固階段完全凝固階段熔池金屬完全凝固后形成的焊縫收到拉伸應(yīng)力時(shí)表熔池金屬完全凝固后形成的焊縫收到拉伸應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出較

17、好的強(qiáng)度和塑性現(xiàn)出較好的強(qiáng)度和塑性很難發(fā)生裂紋很難發(fā)生裂紋特別注意：對(duì)于某些金屬在焊縫完全凝固后，仍有特別注意：對(duì)于某些金屬在焊縫完全凝固后，仍有一段溫度內(nèi)塑性很低，也會(huì)產(chǎn)生裂紋一段溫度內(nèi)塑性很低，也會(huì)產(chǎn)生裂紋高溫低塑高溫低塑性裂紋。性裂紋。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(2) (2) 凝固階段對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用凝固階段對(duì)結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的作用2.2 焊接熱裂紋u固固- -液階段是發(fā)生凝固裂紋的敏感階段，該階段液階段是發(fā)生凝固裂紋的敏感階段，該階段所對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間稱為脆性溫度區(qū)所對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間稱為脆性溫度區(qū)T TB B：u此區(qū)內(nèi)金屬的塑性極低，此區(qū)內(nèi)金屬的塑性極低，

18、易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。u雜質(zhì)較少的金屬雜質(zhì)較少的金屬, T, TB B小，產(chǎn)生裂紋的可能性也??；小，產(chǎn)生裂紋的可能性也??；雜質(zhì)多的金屬雜質(zhì)多的金屬, T, TB B大，產(chǎn)生裂紋的傾向也大。大，產(chǎn)生裂紋的傾向也大。u但裂紋是否能夠產(chǎn)生，還要看脆性溫度區(qū)內(nèi)應(yīng)變但裂紋是否能夠產(chǎn)生，還要看脆性溫度區(qū)內(nèi)應(yīng)變的發(fā)展情況。的發(fā)展情況。 特別地：焊縫中低熔點(diǎn)共晶數(shù)量超過(guò)一定量后，特別地：焊縫中低熔點(diǎn)共晶數(shù)量超過(guò)一定量后，對(duì)裂紋具有愈合作用對(duì)裂紋具有愈合作用低熔點(diǎn)共晶較多時(shí)，可低熔點(diǎn)共晶較多時(shí)，可以自由流動(dòng)，填充油裂口的縫隙，反而不產(chǎn)生裂以自由流動(dòng)，填充油裂口的縫隙，反而不產(chǎn)生裂紋。如焊接某些高強(qiáng)鋁合

19、金，常采用含紋。如焊接某些高強(qiáng)鋁合金，常采用含Si 5%Si 5%的的Al-SiAl-Si焊絲來(lái)防止結(jié)晶裂紋，就是利用低熔點(diǎn)共晶焊絲來(lái)防止結(jié)晶裂紋，就是利用低熔點(diǎn)共晶的愈合作用。的愈合作用。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.2 焊接熱裂紋(3) (3) 結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的條件結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的條件T1LT1HTST,)(Tmin1)(Tf)(2 CST3BTOST33=f(T)應(yīng)力變形應(yīng)力變形=(T)焊縫金屬塑性焊縫金屬塑性TL液相線液相線TS固相線固相線TB脆性溫度區(qū)間脆性溫度區(qū)間THTB上限上限TSTB下限下限焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件Part IV Part IV 焊

20、接缺陷及控制焊接缺陷及控制 拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形隨溫度隨溫度T按曲線按曲線(1)變化，變化，產(chǎn)生了產(chǎn)生了1的變形量，但焊縫仍有的變形量，但焊縫仍有1的塑性儲(chǔ)備量，的塑性儲(chǔ)備量，即即1 0，不產(chǎn)生熱裂紋。，不產(chǎn)生熱裂紋。 拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形隨溫度隨溫度T按曲線按曲線(2)變化，變化，產(chǎn)生變形量恰好等于焊縫的最低塑性值產(chǎn)生變形量恰好等于焊縫的最低塑性值min，即處，即處于臨界狀態(tài)。于臨界狀態(tài)。拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形拉伸應(yīng)力所產(chǎn)生的變形隨溫度隨溫度T按曲線按曲線(1)變化，變化，產(chǎn)生了產(chǎn)生了3的變形量，的變形量， 超過(guò)了焊縫塑性的最低值超過(guò)了焊縫塑性的最低值m

21、in ，即，即 30，產(chǎn)生裂紋。，產(chǎn)生裂紋。 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件：產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件：2.2 焊接熱裂紋焊縫在脆性溫度區(qū)間內(nèi)所承受的拉伸應(yīng)變大于焊縫焊縫在脆性溫度區(qū)間內(nèi)所承受的拉伸應(yīng)變大于焊縫金屬所具有的塑性，或焊縫金屬在脆性溫度區(qū)間內(nèi)金屬所具有的塑性，或焊縫金屬在脆性溫度區(qū)間內(nèi)的塑性儲(chǔ)備量的塑性儲(chǔ)備量( () )小于零，取決于三方面：小于零，取決于三方面：（1） 脆性溫度區(qū)脆性溫度區(qū)TB的大小的大小TB越大，收縮應(yīng)力的作用時(shí)間就越長(zhǎng)，產(chǎn)生的應(yīng)越大，收縮應(yīng)力的作用時(shí)間就越長(zhǎng)，產(chǎn)生的應(yīng)變量越大，形成熱裂紋的傾向越大。變

22、量越大，形成熱裂紋的傾向越大。TB主要取決主要取決于焊縫化學(xué)成分、低熔共晶的性質(zhì)及分布、晶粒于焊縫化學(xué)成分、低熔共晶的性質(zhì)及分布、晶粒的大小及方向性。的大小及方向性。（2） TB內(nèi)金屬的塑性內(nèi)金屬的塑性TB一定時(shí)，一定時(shí)，TB內(nèi)金屬的塑性內(nèi)金屬的塑性min越低，產(chǎn)生熱裂紋越低，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大，與焊縫化學(xué)成分、偏析程度、經(jīng)歷的傾向越大，與焊縫化學(xué)成分、偏析程度、經(jīng)歷大小及應(yīng)變速率有關(guān)。大小及應(yīng)變速率有關(guān)。（3） TB內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率 /t越大，越容易產(chǎn)生裂紋，越大，越容易產(chǎn)生裂紋， /t主要與焊縫金主要與焊縫金屬的熱脹系數(shù)、接頭的剛度、焊縫位置、線能量屬的熱脹系數(shù)、接頭的剛度、

23、焊縫位置、線能量的大小以及溫度場(chǎng)分布。的大小以及溫度場(chǎng)分布。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制三個(gè)方面的影響因素既相互聯(lián)系、相互影響，又三個(gè)方面的影響因素既相互聯(lián)系、相互影響，又相對(duì)獨(dú)立。脆性溫度區(qū)的大小和金屬在脆性溫度相對(duì)獨(dú)立。脆性溫度區(qū)的大小和金屬在脆性溫度區(qū)的塑性主要決定于化學(xué)成分、凝固條件、偏析區(qū)的塑性主要決定于化學(xué)成分、凝固條件、偏析程度、晶粒大小和方向等冶金因素；而應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)程度、晶粒大小和方向等冶金因素；而應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率主要決定于金屬的熱脹系數(shù)、焊件剛度、鑄件率主要決定于金屬的熱脹系數(shù)、焊件剛度、鑄件收縮阻力及冷卻速度等力學(xué)因素。收縮阻力及冷卻速度等力學(xué)因素

24、。 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件：產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件：熱裂紋的強(qiáng)度理論：熱裂紋的強(qiáng)度理論：理論認(rèn)為，合金在凝固后期，固相骨架已經(jīng)形成理論認(rèn)為，合金在凝固后期，固相骨架已經(jīng)形成并開(kāi)始收縮，由于收縮受阻，合金中產(chǎn)生應(yīng)力和并開(kāi)始收縮，由于收縮受阻，合金中產(chǎn)生應(yīng)力和變形。當(dāng)應(yīng)力或變形超過(guò)合金在該溫度下的強(qiáng)度變形。當(dāng)應(yīng)力或變形超過(guò)合金在該溫度下的強(qiáng)度極限或變形能力時(shí)，便產(chǎn)生熱裂紋。極限或變形能力時(shí)，便產(chǎn)生熱裂紋。 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制金屬的強(qiáng)度金屬的強(qiáng)度m取決于取決于晶內(nèi)強(qiáng)度晶內(nèi)強(qiáng)度g和晶間強(qiáng)度和晶間強(qiáng)度0。2.2 焊接熱裂紋產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的力學(xué)條件：產(chǎn)生結(jié)

25、晶裂紋的力學(xué)條件：在焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的強(qiáng)度小于在脆性溫在焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的強(qiáng)度小于在脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力，即：度區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力，即：mT0：g0，若發(fā)生斷裂則為晶間斷裂，結(jié)晶裂，若發(fā)生斷裂則為晶間斷裂，結(jié)晶裂紋屬于晶間斷裂。紋屬于晶間斷裂。 0: 產(chǎn)生晶間裂紋。產(chǎn)生晶間裂紋。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(3) (3) 焊接結(jié)晶裂紋的影響因素焊接結(jié)晶裂紋的影響因素1)1)、冶金因素、冶金因素 合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間 化學(xué)成分化學(xué)成分 結(jié)晶組織形態(tài)結(jié)晶組織形態(tài)2)2)、工藝因素、工藝因素 工藝條件工

26、藝條件 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式 拘束狀態(tài)拘束狀態(tài)2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間平衡條件下，合金狀態(tài)圖平衡條件下，合金狀態(tài)圖脆性溫度區(qū)的大小隨著該脆性溫度區(qū)的大小隨著該合金的整個(gè)結(jié)晶溫度區(qū)間合金的整個(gè)結(jié)晶溫度區(qū)間的增加而增加。的增加而增加。S S點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：結(jié)晶區(qū)間最大、裂紋傾向最晶區(qū)間最大、裂紋傾向最大；共晶點(diǎn)：裂紋傾向最大；共晶點(diǎn)：裂紋傾向最小。實(shí)線平衡條件下，虛小。實(shí)線平衡條件下，虛線不平衡結(jié)晶。線不平衡結(jié)晶。2.2 焊接熱裂紋 焊接條件下是不平衡結(jié)晶，焊接條件下是不平衡結(jié)晶，實(shí)際固相線要比平

27、衡條件實(shí)際固相線要比平衡條件下的固相線向左下方移動(dòng)，下的固相線向左下方移動(dòng)，與此同時(shí)，熱裂傾向的變與此同時(shí)，熱裂傾向的變化曲線也隨之左移。化曲線也隨之左移。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間合金狀態(tài)圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)間凝固裂紋的傾向可利用合金相圖來(lái)分析：相圖類凝固裂紋的傾向可利用合金相圖來(lái)分析：相圖類型不同，但卻有共同的規(guī)律，即裂紋傾向隨凝固型不同，但卻有共同的規(guī)律，即裂紋傾向隨凝固溫度區(qū)（脆性溫度區(qū)）的增大而增大。溫度區(qū)（脆性溫度區(qū)）的增大而增大。 2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 合金元素

28、合金元素合金元素是影響焊接裂紋的本質(zhì)因素：多種合金元合金元素是影響焊接裂紋的本質(zhì)因素：多種合金元素相互影響，比單一元素復(fù)雜、有時(shí)互相矛盾。素相互影響，比單一元素復(fù)雜、有時(shí)互相矛盾。2.2 焊接熱裂紋 (a) (a)、S S、P P增加結(jié)晶裂紋傾向增加結(jié)晶裂紋傾向 i) S、P增加結(jié)晶溫度區(qū)間，結(jié)晶裂紋傾向增加結(jié)晶溫度區(qū)間，結(jié)晶裂紋傾向。 ii) S、P產(chǎn)生低溫共晶，使結(jié)晶過(guò)程中極易形成液產(chǎn)生低溫共晶，使結(jié)晶過(guò)程中極易形成液態(tài)薄膜，因而顯著增大裂紋傾向。態(tài)薄膜，因而顯著增大裂紋傾向。iii) P、S引起成分偏析：試驗(yàn)可知引起成分偏析：試驗(yàn)可知P、S偏析系數(shù)偏析系數(shù)K越大，偏析的程度越嚴(yán)重。偏析可

29、能在鋼的局部地越大，偏析的程度越嚴(yán)重。偏析可能在鋼的局部地點(diǎn)形成低熔點(diǎn)共晶，產(chǎn)生裂紋。點(diǎn)形成低熔點(diǎn)共晶，產(chǎn)生裂紋。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 合金元素合金元素0結(jié)晶溫度區(qū)間()10030020041328576(%)溶質(zhì)濃度91110CPSBMnNbSiZrMoCrCuAlVTiNiSBC,PNbMnZrTiSiAlCuCrMoVNi合金元素對(duì)Fe結(jié)晶溫度區(qū)間的影響2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制i) C0.16%：Mn/S但無(wú)效果，但無(wú)效果，P對(duì)結(jié)晶裂紋的作對(duì)結(jié)晶裂紋的作用超過(guò)了用超過(guò)了S，結(jié)晶裂紋傾向，結(jié)晶裂紋

30、傾向。iii) C0.51%：初生相：初生相 ，S、P在在相中溶解度低，相中溶解度低，析出析出S、P富集在晶界上，結(jié)晶裂紋傾向富集在晶界上，結(jié)晶裂紋傾向 (b)(b)、C CMn具有脫具有脫S作用：作用：Mn+FeSFe+MnS，MnS熔點(diǎn)高，以球狀分布在晶界，焊縫抗裂性熔點(diǎn)高，以球狀分布在晶界，焊縫抗裂性 (c)、Mn2.2 焊接熱裂紋特別注意：C0.16%: P對(duì)結(jié)晶裂紋的作用超了S, Mn無(wú)效果 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制5 . 0S (%)06. 010. 008. 09 . 06 . 08 . 07 . 0%012. 0C04. 0%10. 0C02

31、. 0(%)Mn%014. 0C%016. 0C0 . 1CZrAl裂紋無(wú)裂紋裂紋無(wú)裂紋裂紋無(wú)裂紋裂紋無(wú)裂紋2.2 焊接熱裂紋Mn、C、S共存對(duì)結(jié)晶裂紋的影響MnMn、C C、S S共共存存: :在一定含碳量在一定含碳量的條件下的條件下, S, , S, 裂紋傾向裂紋傾向, , Mn, Mn, 裂紋傾裂紋傾向向 。C, SC, S的有害作用加的有害作用加劇。劇。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(d)(d)、SiSi對(duì)硫的親合力大，形成高熔點(diǎn)的硫化物，消除結(jié)對(duì)硫的親合力大，形成高熔點(diǎn)的硫化物，消除結(jié)晶裂紋有良好的作用。晶裂紋有良好的作用。TiS：2000-2100，Z

32、rS：2100，La2S3：2000，CeS：2450 ，效果，效果比比Mn好好(MnS:1610 )。(e)(e)、Ti Ti 、ZrZr、ReRe2.2 焊接熱裂紋硅是硅是相形成元素，相形成元素， S、P 在在相中溶解度大，利于相中溶解度大，利于消除結(jié)晶裂紋，但消除結(jié)晶裂紋，但Si0.4% 易形成硅酸鹽夾雜，易形成硅酸鹽夾雜，裂紋傾向裂紋傾向。此外，在單相奧氏體中，硅的偏析嚴(yán)。此外，在單相奧氏體中，硅的偏析嚴(yán)重，可形成低熔點(diǎn)共晶，裂紋傾向重，可形成低熔點(diǎn)共晶，裂紋傾向。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制O的影響目前無(wú)定論，初步研究表明，的影響目前無(wú)定論，初步研究表

33、明，O，降低降低S的有害作用的有害作用氧、硫、鐵能形成氧、硫、鐵能形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使三元共晶，使FeS由薄膜變成球狀。由薄膜變成球狀。2.2 焊接熱裂紋(f)(f)、NiNi(g)(g)、OONi在低合金鋼中易與在低合金鋼中易與S形成低熔點(diǎn)共晶，引起凝固形成低熔點(diǎn)共晶，引起凝固裂紋。裂紋。Ni在高強(qiáng)鋼、不銹耐熱鋼及耐熱合金中，在高強(qiáng)鋼、不銹耐熱鋼及耐熱合金中，易與易與S、P、B等形成低熔共晶，液化裂紋等形成低熔共晶，液化裂紋 。 C C、S S、P P對(duì)結(jié)晶裂紋影響最大，其次是對(duì)結(jié)晶裂紋影響最大，其次是CuCu、NiNi、SiSi、CrCr，而，而NN、OO的影響目前的影響目

34、前尚無(wú)定論。尚無(wú)定論。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制根據(jù)化學(xué)成分對(duì)焊縫或母材結(jié)晶裂紋傾向影響的大根據(jù)化學(xué)成分對(duì)焊縫或母材結(jié)晶裂紋傾向影響的大小，建立了一些定量的判據(jù)，如熱裂紋敏感系數(shù)小，建立了一些定量的判據(jù)，如熱裂紋敏感系數(shù)HCSHCS、臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率、臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率CSTCST等：等： 日本日本JWSJWS臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率CST(HT1000)CST(HT1000)：CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn +65.7Nb-618.5B+7.0)+6

35、5.7Nb-618.5B+7.0)1010-4-4CSTCST6.56.51010-4-4時(shí)，可以防止裂紋。時(shí)，可以防止裂紋。2.2 焊接熱裂紋(h)(h)、結(jié)晶裂紋傾向的定量判據(jù)、結(jié)晶裂紋傾向的定量判據(jù)熱裂敏感系數(shù)熱裂敏感系數(shù)HCSHCS公式公式( (低合金高強(qiáng)鋼低合金高強(qiáng)鋼) )：3103)100/25/(VMoCrMnNiSiPSCHCS當(dāng)當(dāng)HCS4HCS1。7：由于焊縫斷面較薄，抗裂性下降。：由于焊縫斷面較薄，抗裂性下降。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 工藝條件工藝條件2.2 焊接熱裂紋高速焊接時(shí)，熔池呈淚滴狀，柱狀晶幾乎垂直地高速焊接時(shí)，熔池呈淚滴狀，柱

36、狀晶幾乎垂直地向焊縫軸線方向生長(zhǎng)，易在會(huì)合面處形成偏析弱向焊縫軸線方向生長(zhǎng)，易在會(huì)合面處形成偏析弱面，故熱裂傾向大。低速焊接時(shí)，熔池呈橢圓形，面，故熱裂傾向大。低速焊接時(shí)，熔池呈橢圓形，枝晶呈人字形向焊縫中心成長(zhǎng)，不易產(chǎn)生偏析弱枝晶呈人字形向焊縫中心成長(zhǎng)，不易產(chǎn)生偏析弱面，故熱裂傾向小。面，故熱裂傾向小。v，冷卻速度，冷卻速度 ，金屬的變形速度或應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率，金屬的變形速度或應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率增大，抗裂性能降低。增大，抗裂性能降低。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制 接頭形式接頭形式2.2 焊接熱裂紋不同形式的接頭對(duì)裂紋傾向的影響也是不同的：不同形式的接頭對(duì)裂紋傾向的影響也是

37、不同的：u表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊縫抗裂性較高；表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊縫抗裂性較高；u熔深較大的對(duì)接和各種角接焊縫的抗裂性較差：熔深較大的對(duì)接和各種角接焊縫的抗裂性較差：因?yàn)檫@些焊縫所承受的應(yīng)力正好作用在焊縫最后因?yàn)檫@些焊縫所承受的應(yīng)力正好作用在焊縫最后凝固的部位，而這些部位因富集雜質(zhì)元素，晶粒凝固的部位，而這些部位因富集雜質(zhì)元素，晶粒之間的結(jié)合力較差，故易引起裂紋。之間的結(jié)合力較差，故易引起裂紋。 拘束度或拘束應(yīng)力拘束度或拘束應(yīng)力焊接接頭的拘束度或剛度越大，則應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率越焊接接頭的拘束度或剛度越大，則應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率越大，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大。不合理的施焊順序，大，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大。不合

38、理的施焊順序，可能使接頭的拘束度在焊接過(guò)程中逐漸增大，從可能使接頭的拘束度在焊接過(guò)程中逐漸增大，從而增大熱裂傾向。而增大熱裂傾向。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(4) (4) 防止結(jié)晶裂紋的措施防止結(jié)晶裂紋的措施2.2 焊接熱裂紋針對(duì)熱裂紋的影響因素，可從冶金和工藝兩個(gè)針對(duì)熱裂紋的影響因素，可從冶金和工藝兩個(gè)方面采取措施，防止熱裂紋的產(chǎn)生。方面采取措施，防止熱裂紋的產(chǎn)生。 1)1)、冶金方面、冶金方面 控制焊縫中控制焊縫中S S、P P、C C等有害雜質(zhì)的含量。等有害雜質(zhì)的含量。 改善焊縫結(jié)晶改善焊縫結(jié)晶2)2)、 工藝方面工藝方面焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)，接

39、頭形式，接頭形式，焊接次序焊接次序Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(4) (4) 防止結(jié)晶裂紋的措施防止結(jié)晶裂紋的措施2.2 焊接熱裂紋 1) 1)、冶金方面的措施、冶金方面的措施 控制焊縫中控制焊縫中S S、P P、C C等有害雜質(zhì)的含量等有害雜質(zhì)的含量uS S、P0.03-0.04P0.03-0.04u用于低碳鋼和低合金鋼的焊絲：用于低碳鋼和低合金鋼的焊絲：C0.12%C0.12%u高合金鋼焊接：高合金鋼焊接：S S、P0.03%P0.03%，嚴(yán)格控制焊絲，嚴(yán)格控制焊絲中的中的C C含量，焊絲超低碳焊絲含量，焊絲超低碳焊絲u對(duì)于一些重要的焊接結(jié)構(gòu)，采用堿性焊條和

40、焊劑對(duì)于一些重要的焊接結(jié)構(gòu)，采用堿性焊條和焊劑可有效控制有害雜質(zhì)，防止結(jié)晶裂紋或降低傾向?？捎行Э刂朴泻﹄s質(zhì)，防止結(jié)晶裂紋或降低傾向。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制改善焊縫結(jié)晶：向焊縫中加入細(xì)化晶粒的元素改善焊縫結(jié)晶：向焊縫中加入細(xì)化晶粒的元素u在碳鋼、合金鋼焊縫中加入在碳鋼、合金鋼焊縫中加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、B、Al、Re等合金元素，以細(xì)化晶粒、減少非等合金元素，以細(xì)化晶粒、減少非金屬夾雜、改善夾雜物的形態(tài)和分布金屬夾雜、改善夾雜物的形態(tài)和分布 。(4) (4) 防止結(jié)晶裂紋的措施防止結(jié)晶裂紋的措施2.2 焊接熱裂紋u焊接焊接18-8型不銹鋼時(shí)，通過(guò)調(diào)

41、整母材或焊接材料型不銹鋼時(shí)，通過(guò)調(diào)整母材或焊接材料的成分，使焊縫金屬獲得的成分，使焊縫金屬獲得+的雙相組織的雙相組織(相相5%，體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù))，提高其抗裂性和抗腐蝕性能。，提高其抗裂性和抗腐蝕性能。u對(duì)于某些熱裂傾向較大的材料對(duì)于某些熱裂傾向較大的材料(如高強(qiáng)鋁合金如高強(qiáng)鋁合金)，可有意增多焊縫中易熔共晶的數(shù)量，使之具有愈合可有意增多焊縫中易熔共晶的數(shù)量，使之具有愈合裂紋的作用。但會(huì)降低接頭性能，故應(yīng)適當(dāng)控制。裂紋的作用。但會(huì)降低接頭性能，故應(yīng)適當(dāng)控制。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制31426597128111013314265978312(a)同心圓式 (b

42、)平行線式 (c)放射交叉式鍋爐管板與管束的焊接次序2)2)、工藝方面、工藝方面改善焊接的應(yīng)力狀態(tài)改善焊接的應(yīng)力狀態(tài) 2.2 焊接熱裂紋熱輸入熱輸入E，預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度T0應(yīng)變速率應(yīng)變速率/t降低降低熱裂傾向。熱裂傾向。適當(dāng)增加成形系數(shù)，使低熔點(diǎn)共晶聚集在焊縫上適當(dāng)增加成形系數(shù)，使低熔點(diǎn)共晶聚集在焊縫上部，與焊縫收縮應(yīng)力成一定角度，有利于防止凝固部，與焊縫收縮應(yīng)力成一定角度，有利于防止凝固裂紋的產(chǎn)生。裂紋的產(chǎn)生。厚板采用多層焊，但要控制各層熔深；接頭處盡厚板采用多層焊，但要控制各層熔深；接頭處盡量避免應(yīng)力集中量避免應(yīng)力集中( (錯(cuò)邊、咬邊、未焊透等錯(cuò)邊、咬邊、未焊透等) ) 。合理安排焊接次

43、序，合理安排焊接次序，盡量降低接頭的剛度或拘束盡量降低接頭的剛度或拘束度，盡可能使大多數(shù)焊縫在較小剛度條件下焊接，度，盡可能使大多數(shù)焊縫在較小剛度條件下焊接，以改善焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)。以改善焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制4 4、近縫區(qū)液化裂紋、近縫區(qū)液化裂紋 2.2 焊接熱裂紋沿奧氏體晶界開(kāi)裂的微裂紋，尺寸很小，一般在沿奧氏體晶界開(kāi)裂的微裂紋，尺寸很小，一般在0.5mm以下，個(gè)別可達(dá)以下，個(gè)別可達(dá)1mm ，屬于晶間開(kāi)裂性質(zhì)，屬于晶間開(kāi)裂性質(zhì)，裂紋斷口呈典型的晶間開(kāi)裂特征。裂紋斷口呈典型的晶間開(kāi)裂特征。通常產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，也可產(chǎn)生在多層

44、通常產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，也可產(chǎn)生在多層焊縫的焊層之間。焊縫的焊層之間。常成為冷裂紋、再熱裂紋、脆性破壞和疲勞斷裂常成為冷裂紋、再熱裂紋、脆性破壞和疲勞斷裂的發(fā)源地。的發(fā)源地。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.2 焊接熱裂紋一般認(rèn)為是由于熱影響區(qū)或多層焊間奧氏體晶界一般認(rèn)為是由于熱影響區(qū)或多層焊間奧氏體晶界上的低熔點(diǎn)共晶，在焊接高溫下發(fā)生重新熔化，上的低熔點(diǎn)共晶，在焊接高溫下發(fā)生重新熔化，使金屬的塑性和強(qiáng)度急劇下降，在拉伸應(yīng)力作用使金屬的塑性和強(qiáng)度急劇下降，在拉伸應(yīng)力作用下沿奧氏體晶界開(kāi)裂而形成的。下沿奧氏體晶界開(kāi)裂而形成的。此外，在不平衡加熱和冷卻條件下，由

45、于金屬間此外，在不平衡加熱和冷卻條件下，由于金屬間化合物分解和元素的擴(kuò)散，造成局部地區(qū)共晶量化合物分解和元素的擴(kuò)散，造成局部地區(qū)共晶量偏高而發(fā)生局部晶間液化，也會(huì)產(chǎn)生液化裂紋。偏高而發(fā)生局部晶間液化，也會(huì)產(chǎn)生液化裂紋。 (1)(1)、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(1)(1)、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理TnDTnDT1T2T2.2 焊接熱裂紋液化裂紋也出現(xiàn)在脆性溫度區(qū)間：加熱過(guò)程中金液化裂紋也出現(xiàn)在脆性溫度區(qū)間：加熱過(guò)程中金屬塑性在屬塑性在T1范圍內(nèi)陡降。范圍內(nèi)陡降。液化裂紋的脆性溫度區(qū)間在冷卻過(guò)

46、程中由于過(guò)在冷卻過(guò)程中由于過(guò)冷，塑性恢復(fù)的溫度冷，塑性恢復(fù)的溫度總是低于加熱時(shí)塑性總是低于加熱時(shí)塑性開(kāi)始下降的溫度，冷開(kāi)始下降的溫度，冷卻過(guò)程的脆性溫度區(qū)卻過(guò)程的脆性溫度區(qū)間間T2比比T1大。大。收縮力作用下處于薄收縮力作用下處于薄弱狀態(tài)的晶間將在更弱狀態(tài)的晶間將在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)承受應(yīng)變，長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)承受應(yīng)變，為裂紋的產(chǎn)生提供有為裂紋的產(chǎn)生提供有利條件。利條件。焊接過(guò)程塑性變化曲焊接過(guò)程塑性變化曲線的性質(zhì)和脆性溫度線的性質(zhì)和脆性溫度區(qū)間的大小可以定性區(qū)間的大小可以定性和定量表示金屬液化和定量表示金屬液化裂紋傾向。裂紋傾向。高溫時(shí)熱塑性在很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生陡降，高溫時(shí)熱塑性在很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生陡

47、降，并在隨后的冷卻過(guò)程中熱塑性也在很窄的范圍并在隨后的冷卻過(guò)程中熱塑性也在很窄的范圍內(nèi)回升內(nèi)回升材料具有良好的抗液化裂紋能力；材料具有良好的抗液化裂紋能力；溫度升高時(shí)，熱塑性在很寬的溫度范圍內(nèi)下降，溫度升高時(shí)，熱塑性在很寬的溫度范圍內(nèi)下降，冷卻時(shí)塑性也在較寬的范圍內(nèi)回升冷卻時(shí)塑性也在較寬的范圍內(nèi)回升材料的抗材料的抗液化裂紋能力差；液化裂紋能力差；Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制起源于粗晶區(qū)：當(dāng)母材含有較多的低熔點(diǎn)雜質(zhì)時(shí)，起源于粗晶區(qū)：當(dāng)母材含有較多的低熔點(diǎn)雜質(zhì)時(shí)，近縫區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，使粗晶部位的雜質(zhì)富集到近縫區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，使粗晶部位的雜質(zhì)富集到少量晶界上，并形成晶

48、界液體，在相間張力和冷少量晶界上，并形成晶界液體，在相間張力和冷卻收縮應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生液化裂紋。卻收縮應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生液化裂紋。起源于熔合線或結(jié)晶裂紋：在熔合線附近的未混起源于熔合線或結(jié)晶裂紋：在熔合線附近的未混合區(qū)和部分熔化區(qū)，由于熔化和結(jié)晶導(dǎo)致化學(xué)成合區(qū)和部分熔化區(qū)，由于熔化和結(jié)晶導(dǎo)致化學(xué)成分重新分布，母材中原有的雜質(zhì)將富集到部分熔分重新分布，母材中原有的雜質(zhì)將富集到部分熔化區(qū)的晶界上，若母材的雜質(zhì)較多，就會(huì)形成裂化區(qū)的晶界上，若母材的雜質(zhì)較多，就會(huì)形成裂紋；裂紋啟裂后可沿?zé)嵊绊憛^(qū)晶間的低熔相擴(kuò)展，紋；裂紋啟裂后可沿?zé)嵊绊憛^(qū)晶間的低熔相擴(kuò)展，成為近縫區(qū)的液化裂紋。成為近縫區(qū)的液化裂紋。

49、 (1)(1)、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理、近縫區(qū)液化裂紋產(chǎn)生機(jī)理2.2 焊接熱裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(2)(2)、影響因素、影響因素 2.2 焊接熱裂紋1)1)、化學(xué)成分、化學(xué)成分液化裂紋主要出現(xiàn)在合金元素較多的高強(qiáng)鋼、不液化裂紋主要出現(xiàn)在合金元素較多的高強(qiáng)鋼、不銹鋼、和耐熱合金的焊接件中：銹鋼、和耐熱合金的焊接件中：B B、NiNi、CrCr對(duì)液對(duì)液化裂紋都比較敏感?；鸭y都比較敏感。2)2)、工藝因素、工藝因素u焊接熱輸入越大，晶界低熔相熔化越嚴(yán)重，晶焊接熱輸入越大，晶界低熔相熔化越嚴(yán)重，晶界處于液態(tài)的時(shí)間就越長(zhǎng)，液化裂紋傾向越大。界處于液態(tài)的時(shí)間就

50、越長(zhǎng)，液化裂紋傾向越大。u焊縫的斷面呈明顯的倒草帽形，則在熔合線的焊縫的斷面呈明顯的倒草帽形，則在熔合線的凹陷處母材過(guò)熱嚴(yán)重，易于產(chǎn)生液化裂紋。凹陷處母材過(guò)熱嚴(yán)重，易于產(chǎn)生液化裂紋。(3)(3)、防止措施、防止措施防止途徑與結(jié)晶裂紋類似：冶金和工藝兩方面防止途徑與結(jié)晶裂紋類似：冶金和工藝兩方面1) 1) 盡可能降低母材中盡可能降低母材中S S、P P、SiSi、B B等低熔共晶等低熔共晶元素的含量。元素的含量。2) 2) 焊接工藝上，采用小線能量，避免近縫區(qū)晶粒焊接工藝上，采用小線能量，避免近縫區(qū)晶粒粗化粗化Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制5 5、多邊化裂紋、多邊化

51、裂紋( (高溫低塑性裂紋高溫低塑性裂紋) ) 2.2 焊接熱裂紋(1)(1)、形成條件（形成機(jī)理）、形成條件（形成機(jī)理） 焊接冷卻過(guò)程中，在固相線以下的高溫階段，金屬焊接冷卻過(guò)程中，在固相線以下的高溫階段，金屬仍處于不斷增長(zhǎng)的收縮應(yīng)力作用之下，此時(shí)金屬的仍處于不斷增長(zhǎng)的收縮應(yīng)力作用之下，此時(shí)金屬的變形方式主要是晶界滑動(dòng)變形。變形方式主要是晶界滑動(dòng)變形。晶界滑動(dòng)變形主要依靠位錯(cuò)和空位移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，也晶界滑動(dòng)變形主要依靠位錯(cuò)和空位移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，也稱晶界擴(kuò)散變形。稱晶界擴(kuò)散變形。溫度越高，位錯(cuò)或空位的密度越大，越有利于晶界溫度越高，位錯(cuò)或空位的密度越大，越有利于晶界的擴(kuò)散變形。晶界擴(kuò)散變形的發(fā)展遇到障礙

52、時(shí)，會(huì)的擴(kuò)散變形。晶界擴(kuò)散變形的發(fā)展遇到障礙時(shí)，會(huì)在障礙附近形成較大的應(yīng)變集中，引起楔劈作用而在障礙附近形成較大的應(yīng)變集中，引起楔劈作用而導(dǎo)致裂紋形核導(dǎo)致裂紋形核( (楔型開(kāi)裂楔型開(kāi)裂) ) 。空穴開(kāi)裂理論則認(rèn)為，在高溫和低應(yīng)力下，晶界滑空穴開(kāi)裂理論則認(rèn)為，在高溫和低應(yīng)力下，晶界滑動(dòng)和晶界遷移同時(shí)發(fā)生，兩者共同作用可形成晶界動(dòng)和晶界遷移同時(shí)發(fā)生，兩者共同作用可形成晶界臺(tái)階，進(jìn)而形成空穴并發(fā)展成微裂紋。臺(tái)階，進(jìn)而形成空穴并發(fā)展成微裂紋。晶界中過(guò)飽和的空位擴(kuò)散凝聚，也可能是形成微裂晶界中過(guò)飽和的空位擴(kuò)散凝聚，也可能是形成微裂的原因，此時(shí)晶界中若存在雜質(zhì)偏析，則有利于降的原因，此時(shí)晶界中若存在雜質(zhì)偏

53、析，則有利于降低空穴的表面能，促使微裂紋更易于形成。低空穴的表面能，促使微裂紋更易于形成。 Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(2)(2)、特點(diǎn)、特點(diǎn) 2.2 焊接熱裂紋1)1)、發(fā)生部位與材料、發(fā)生部位與材料多發(fā)生在單相奧氏鋼或純金屬的焊縫金屬，裂紋多發(fā)生在單相奧氏鋼或純金屬的焊縫金屬，裂紋以任意方向貫穿樹(shù)枝狀結(jié)晶。以任意方向貫穿樹(shù)枝狀結(jié)晶。2)2)、常常伴隨有再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)在裂紋附近，多、常常伴隨有再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)在裂紋附近，多邊化裂紋總是遲于再結(jié)晶。邊化裂紋總是遲于再結(jié)晶。3)3)、裂紋多發(fā)生在重復(fù)受熱金屬中、裂紋多發(fā)生在重復(fù)受熱金屬中( (多層焊多層焊) )。4

54、)4)、斷口呈現(xiàn)出高溫低塑性斷裂的特征。、斷口呈現(xiàn)出高溫低塑性斷裂的特征。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制(3)(3)、影響因素、影響因素 多邊化裂紋的影響因素主要是合金成分、應(yīng)力多邊化裂紋的影響因素主要是合金成分、應(yīng)力狀態(tài)和溫度。狀態(tài)和溫度。2.2 焊接熱裂紋1) 1) 合金成分的影響合金成分的影響多邊化需要激活能越高，晶格缺陷的移動(dòng)和聚集多邊化需要激活能越高，晶格缺陷的移動(dòng)和聚集越慢，形成多邊化的時(shí)間越長(zhǎng)。越慢，形成多邊化的時(shí)間越長(zhǎng)。在焊縫中加入一些提高多邊化過(guò)程激活能的元素在焊縫中加入一些提高多邊化過(guò)程激活能的元素(Mo(Mo、WW、TiTi、Ta)Ta)，可

55、有效阻止多邊化過(guò)程。，可有效阻止多邊化過(guò)程。高溫高溫相存在能阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，阻止二次邊界的形相存在能阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，阻止二次邊界的形成成雙相金屬具有良好的抗多邊化裂紋能力。雙相金屬具有良好的抗多邊化裂紋能力。2) 2) 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)有應(yīng)力存在，增加了原子的活動(dòng)性，使多邊化過(guò)有應(yīng)力存在，增加了原子的活動(dòng)性，使多邊化過(guò)程加速。程加速。3) 3) 溫度溫度形成多邊化過(guò)程的溫度越高，所需的時(shí)間越短，形成多邊化過(guò)程的溫度越高，所需的時(shí)間越短，增加裂紋傾向。增加裂紋傾向。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2.3 焊接冷裂紋1 1、冷裂紋特征、冷裂紋特征產(chǎn)生：產(chǎn)生：金屬經(jīng)焊接或鑄造

56、成形后冷卻到較低溫度金屬經(jīng)焊接或鑄造成形后冷卻到較低溫度時(shí)產(chǎn)生的裂紋，有時(shí)在焊后或加工后立即出現(xiàn)，時(shí)產(chǎn)生的裂紋，有時(shí)在焊后或加工后立即出現(xiàn)，有時(shí)則要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才出現(xiàn)。有時(shí)則要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才出現(xiàn)。溫度：溫度：MsMs點(diǎn)附近或點(diǎn)附近或200200300300以下溫度區(qū)間以下溫度區(qū)間部位：部位：多起源于具有缺口效應(yīng)、易產(chǎn)生應(yīng)力集中多起源于具有缺口效應(yīng)、易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，或物理化學(xué)不均勻的氫聚集的局部地帶，的部位，或物理化學(xué)不均勻的氫聚集的局部地帶，常出現(xiàn)在一些厚大焊件、常出現(xiàn)在一些厚大焊件、高碳鋼、中碳鋼、低合高碳鋼、中碳鋼、低合金、中合金高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼的金、中合金高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼的焊接熱影

57、響區(qū)，焊接熱影響區(qū)，鈦合金出現(xiàn)在焊縫上。鈦合金出現(xiàn)在焊縫上。特征：特征：從宏觀上看，冷裂紋斷口具有發(fā)亮的金屬?gòu)暮暧^上看，冷裂紋斷口具有發(fā)亮的金屬光澤，呈脆性斷裂特征；從微觀上看，有的呈晶光澤，呈脆性斷裂特征；從微觀上看，有的呈晶間斷裂（即沿晶斷裂），有的為穿晶斷裂，而更間斷裂（即沿晶斷裂），有的為穿晶斷裂，而更常見(jiàn)的是沿晶與穿晶共存的斷口形態(tài)。有氫作用常見(jiàn)的是沿晶與穿晶共存的斷口形態(tài)。有氫作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的氫致準(zhǔn)解理斷口，淬硬傾向越大，時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的氫致準(zhǔn)解理斷口，淬硬傾向越大，沿晶斷裂特征越趨明顯。沿晶斷裂特征越趨明顯。Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2 2、冷裂

58、紋分類、冷裂紋分類分類：分類：(1) 延遲裂紋，延遲裂紋，(2) 淬硬脆化裂紋，淬硬脆化裂紋，(3)低塑低塑性脆化裂紋性脆化裂紋(1) 延遲裂紋（氫致裂紋）延遲裂紋（氫致裂紋）產(chǎn)生：產(chǎn)生：在氫、鋼材淬硬組織和拘束應(yīng)力的共同作在氫、鋼材淬硬組織和拘束應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生，其形成溫度一般在用下產(chǎn)生，其形成溫度一般在Ms以下以下200至室至室溫范圍，由于氫的作用而具有明顯的延遲特征。溫范圍，由于氫的作用而具有明顯的延遲特征。特征：特征：存在著潛伏期存在著潛伏期(幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng))、緩慢擴(kuò)展期和突然開(kāi)裂三個(gè)接續(xù)的過(guò)程。由于能緩慢擴(kuò)展期和突然開(kāi)裂三個(gè)接續(xù)的過(guò)程。由于能量的釋放，常

59、可聽(tīng)到較清晰的開(kāi)裂聲音。量的釋放，?？陕?tīng)到較清晰的開(kāi)裂聲音。(2) 淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）產(chǎn)生：產(chǎn)生：某些淬硬傾向大的鋼種，熱加工后冷卻到某些淬硬傾向大的鋼種，熱加工后冷卻到Ms至室溫時(shí)，因發(fā)生馬氏體相變而脆化，在拘束至室溫時(shí)，因發(fā)生馬氏體相變而脆化，在拘束應(yīng)力作用下產(chǎn)生開(kāi)裂。應(yīng)力作用下產(chǎn)生開(kāi)裂。特征：特征：其產(chǎn)生與氫的關(guān)系不大，基本無(wú)延遲現(xiàn)象，其產(chǎn)生與氫的關(guān)系不大，基本無(wú)延遲現(xiàn)象，成形加工后常立即出現(xiàn)。成形加工后常立即出現(xiàn)。 (3) 低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋產(chǎn)生：產(chǎn)生：某些低塑性材料某些低塑性材料(如鑄鐵和硬質(zhì)合金等如鑄鐵和硬質(zhì)合金等)焊焊后冷卻到低溫時(shí)，由于收

60、縮應(yīng)變超過(guò)了材料本身后冷卻到低溫時(shí)，由于收縮應(yīng)變超過(guò)了材料本身所具有的塑性儲(chǔ)備或材料變脆而產(chǎn)生的裂紋所具有的塑性儲(chǔ)備或材料變脆而產(chǎn)生的裂紋 。特征：特征：無(wú)延遲現(xiàn)象。無(wú)延遲現(xiàn)象。 2.3 焊接冷裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2 2、冷裂紋分類、冷裂紋分類2.3 焊接冷裂紋Part IV Part IV 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制2 2、冷裂紋分類、冷裂紋分類焊接生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的冷裂紋主要是延遲裂紋焊接生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的冷裂紋主要是延遲裂紋：(1) 焊道下裂紋焊道下裂紋 裂紋產(chǎn)生于焊道之下的熱影響區(qū)內(nèi)，距熔合裂紋產(chǎn)生于焊道之下的熱影響區(qū)內(nèi)，距熔合線約線約0.10