焊工中級(jí)班培訓(xùn)材料之4熱冷裂紋

1、4 焊接結(jié)構(gòu)和零件斷裂失效分析本章主要講解焊接構(gòu)件的缺陷、裂紋及其分類；重點(diǎn)介紹熱裂紋和冷裂紋的形貌特征、形成機(jī)制、影響因素和預(yù)防措施。41 裂紋是對(duì)焊接構(gòu)件安全運(yùn)行威脅最大的缺陷本節(jié)首先介紹，常見焊接缺陷的定義和分類；接著說明裂紋對(duì)安全運(yùn)行威脅最大的缺陷的形態(tài)和分類；重點(diǎn)指出熱裂紋和冷裂紋我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。一、基本概念1、 焊接缺陷在焊接過程中或焊后，在接頭中產(chǎn)生的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的缺欠。當(dāng)缺欠不影響設(shè)備的運(yùn)行，即是可以容許的時(shí)，稱為缺欠。當(dāng)缺欠直接影響安全使用時(shí)，稱為缺陷。有缺陷的接頭必須進(jìn)行翻修或判廢。2、 分類 按其性質(zhì)和特征，將其分為兩類：（1） 不連續(xù)缺欠裂紋、夾渣、氣孔和未熔合；（2

2、） 幾何偏差按照所在焊縫中的位置，將其分為外部和內(nèi)部兩類。外部缺欠，亦稱宏觀缺欠位于焊縫金屬表面。用肉眼或低倍放大鏡（檢測(cè)尺可測(cè)量）可見的缺欠。它包括焊縫余高過高或過低、焊縫寬度差過大、接頭過高或脫節(jié)、外部氣孔、裂紋、未熔合、咬邊、未焊透、燒穿、焊瘤、電弧擦傷或成形不良（見圖1）。圖1 常見幾種焊接缺陷內(nèi)部缺欠，亦稱微觀缺欠。位于焊縫金屬內(nèi)部。它包括裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等。其中裂紋危險(xiǎn)性最大，是失效分析研究的重點(diǎn)。它包括熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等。內(nèi)部缺欠要用探傷或破壞試驗(yàn)來檢驗(yàn)。二、裂紋是最危險(xiǎn)的焊接缺陷，是失效分析研究的重點(diǎn)裂紋會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，誘發(fā)三向應(yīng)力

3、狀態(tài)，導(dǎo)致裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。當(dāng)裂紋位于結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力高值區(qū)時(shí)，易引發(fā)低應(yīng)力脆斷；因此，裂紋是焊接結(jié)構(gòu)失效分析研究的重點(diǎn)。三、裂紋的分類按照不同的分類方法，焊接裂紋可分為許多種類（見圖2）。1、按照裂紋的所在區(qū)域分為三類焊縫裂紋；熱影響區(qū)裂紋和母材裂紋。2、按照裂紋在焊縫中的部位分為兩類表面裂紋和內(nèi)部裂紋。再細(xì)分可分為：焊趾裂紋、焊道下裂紋、終端裂紋等。3、按照裂紋形態(tài)分為五類縱向、橫向、星形、八字和網(wǎng)狀。4、按照裂紋尺寸大小分為兩類宏觀和微觀裂紋。工程上通常以0.5mm為界。5、裂紋的形成機(jī)制和性質(zhì)分為六類熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、應(yīng)力腐蝕裂紋和疲勞裂紋。前四種為結(jié)構(gòu)的焊接裂紋，其中以熱、

4、冷裂紋最為常見，危害最大使我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)；后兩種為結(jié)構(gòu)的運(yùn)行裂紋。圖2裂紋分類示意圖1弧形裂紋；2縱向裂紋；3橫向裂紋；4焊道下裂紋；5焊趾裂紋；6根部裂紋；7踵部裂紋；8顯微裂紋；9層狀撕裂；10熱裂紋；11再熱裂紋；12內(nèi)部裂紋。42 焊接熱裂紋失效分析本節(jié)首先介紹熱裂紋的定義和分類，接著說明熱裂紋的形成機(jī)制和影響因素，重點(diǎn)說明熱裂紋的分析方法和預(yù)防措施，最后通過典型案例說明熱裂紋的失效分析過程。一、熱裂紋的定義和分類熱裂紋是在焊接時(shí)高溫下產(chǎn)生的，其特征是沿奧氏體晶界開裂。下表是熱裂紋的分類和特征。表1 熱裂紋的分類和特征分類位置走向敏感溫度區(qū)母材備注熱裂紋結(jié)晶裂紋焊縫上多，少量在熱影響區(qū)

5、沿奧氏體晶界開裂固相線以上稍高的溫度（固液狀態(tài)）碳鋼、低中合金鋼、奧氏體鋼、鎳基合金多邊化裂紋焊縫、熱影響區(qū)同上固相線以下再結(jié)晶溫度純金屬及單相奧氏體合金液化裂紋熱影響區(qū)及多層焊的層間沿晶開裂固相線以下稍低溫度含S、P、C較多的鎳鉻高強(qiáng)度鋼、奧氏體鋼和鎳基合金再熱裂紋熱影響區(qū)粗晶區(qū)同上600700含沉淀強(qiáng)化元素的高強(qiáng)鋼、珠光體鋼、奧氏體鋼、鎳基合金二、裂紋的形成機(jī)制熱裂紋的斷口上有氧化色；有的焊縫熱裂紋中充滿熔渣，表明裂紋形成時(shí)熔渣和具有流動(dòng)性（熔渣的凝固溫度比金屬低200）。近縫區(qū)產(chǎn)生的熱裂紋，其微觀特征都是沿晶界開裂。熱裂紋又可細(xì)分為兩類、4種結(jié)晶裂紋、多邊化裂紋、液化裂紋（第一類）和再熱

6、裂紋（第二類）。1、結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋是在焊縫結(jié)晶過程的后期形成的。它只在焊縫中出現(xiàn)，多呈縱向分布在焊縫中。也有呈弧形分布在焊縫中心線兩側(cè)，并且與焊縫表面波紋垂直；通常這種裂紋較長、較深，而弧形裂紋較短、較淺?；⌒瘟鸭y也屬于結(jié)晶裂紋，它產(chǎn)生于焊縫收尾處。結(jié)晶裂紋都沿著一次結(jié)晶的晶界分布，特別是沿著柱狀晶的晶界分布；焊縫中心線兩側(cè)的弧形裂紋，是在平行生長的柱狀晶界上形成的。而焊縫中心線上的縱向裂紋恰好處在從焊縫兩側(cè)生成的柱狀晶的匯合面上。多數(shù)結(jié)晶裂紋的斷面上有氧化色，這是高溫形成的特點(diǎn)。在掃描電子顯微鏡下，結(jié)晶裂紋的斷口是典型沿晶開裂，晶粒表面光滑。結(jié)晶裂紋的斷口上，雜質(zhì)元素S、P、Si比較多，并

7、多見沿著先共析鐵素體擴(kuò)展；裂紋邊界彎曲，端部圓鈍，這是高溫形成裂紋的特點(diǎn)。2、液化裂紋在母材近縫區(qū)，或多層焊的前一焊道處，因受熱而液化的晶界上形成的裂紋。其位置見圖近縫區(qū)的液化裂紋多發(fā)生在母材，向焊縫凸進(jìn)去的部位。那里因?yàn)槿酆蠀^(qū)向焊縫側(cè)凹進(jìn)去而過熱嚴(yán)重。這種裂紋多為微裂紋，尺寸較小，一般在0.5mm以下，個(gè)別可達(dá)到1mm；主要出現(xiàn)在含合金元素較多的合金鋼、不銹鋼和耐熱合金的焊件中。3、多邊化裂紋亦稱高溫低塑性裂紋。它多發(fā)生在純金屬和單相奧氏體焊縫中；個(gè)別出現(xiàn)在熱影響區(qū)。其特點(diǎn)是：裂紋方向任意貫穿于樹枝晶體；位置多在熱影響區(qū)和多層焊的層間；裂紋附近多伴隨再結(jié)晶晶粒；斷口無明顯塑性變形特征。3、

8、再結(jié)晶裂紋厚板結(jié)構(gòu)件，在焊后消除退火時(shí)，或在一定溫度下服役過程中，在熱影響區(qū)的粗晶處的裂紋。稱為再熱裂紋。亦稱消除應(yīng)力處理裂紋。它多發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼和某些鎳基合金的焊接熱影響區(qū)粗晶處。這種裂紋具有沿晶特征，在本質(zhì)上與再結(jié)晶裂紋不同。三、 焊接熱裂紋的分析方法常用的方法有裂紋宏觀分析、微觀分析。1、 宏觀分析常用放大鏡、低倍金相顯微鏡進(jìn)行。這是工程上常用的方法。（1）肉眼觀察 在焊道上，可見縱向或橫向開裂。對(duì)于靠近熔合區(qū)的開裂，或焊趾、焊根、焊接接頭等部位，要仔細(xì)觀察。并詳細(xì)記錄裂紋的數(shù)量、位置和長度。當(dāng)肉眼觀察有困難時(shí)，可用放大鏡。接著要確定裂紋的取樣位置，并切去

9、焊接裂紋金相試樣。要求試樣必須保留裂紋的源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)。即保留裂紋的完整性。（2）在焊接接頭的某個(gè)斷面上，用拋光法，檢查裂紋的走向。將焊接接頭的某個(gè)斷面拋光，可見裂紋的本身形態(tài)、是否分支、是否斷續(xù)、裂紋是彎曲還是平直、裂紋擴(kuò)展方向與應(yīng)力的關(guān)系、裂紋源的位置等。這種觀察可以避免因?yàn)楦g形成的紋線而影響觀察的準(zhǔn)確性。2、微觀分析 當(dāng)宏觀分析不能得出肯定結(jié)論時(shí)，需要進(jìn)行微觀分析。微觀分析通常采用關(guān)學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針。目的在于研究例文的起源、擴(kuò)展及其特征；有時(shí)配合硬度、夾雜分布檢測(cè)，就能判斷出裂紋的性質(zhì)。常見的微觀分析方法有：低倍金相分析、裂紋特征分析。（1） 裂紋的低倍分析在金相顯微鏡

10、下，進(jìn)行幾十倍觀察即可。它能清楚觀察到裂紋的源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)及于金相組織的關(guān)系。（2） 裂紋形貌特征分析在焊縫區(qū)、近縫區(qū)，裂紋沿晶擴(kuò)展，斷面有氧化色，一般就可判為熱裂紋。結(jié)晶裂紋常與先共析鐵素體、低熔點(diǎn)雜質(zhì)等有關(guān)系；它們會(huì)誘發(fā)結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。再熱裂紋一般產(chǎn)生于熱影響區(qū)的過熱區(qū)。這在金相組織和裂紋的走向上，有明顯特征。即主要沿著過熱粗晶的晶界擴(kuò)展。3、焊接材料成分分析熱裂紋和母材的化學(xué)成分有很大關(guān)系。當(dāng)熔池中有S、P有害元素，并形成低熔點(diǎn)共晶體時(shí)，加之受到較大熱應(yīng)力作用，就會(huì)形成熱裂紋。工程上常用焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力來衡量金屬的焊接性。即通過金屬材料熱裂紋敏感指數(shù)和熱裂紋試驗(yàn)來評(píng)定焊縫的熱裂

11、紋敏感性。（1）熱裂紋敏感指數(shù)法。通過計(jì)算熱裂紋敏感系數(shù)（HCS）和臨界應(yīng)變?cè)鲩L率來判定熱裂紋傾向。HCSC（SPSi/25Ni/100）103（3MnCrMoV）當(dāng)HCS4，一般不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋；HCS愈大，產(chǎn)生熱裂紋的傾向愈大；該式適合低合金高強(qiáng)鋼、包括低溫鋼和珠光體耐熱鋼。（3） 臨界應(yīng)變?cè)鲩L率（CST）計(jì)算法CST（19.2C97.2S0.8Cu1.0Ni3.9Mn65.7Nb618.5B7.0）10-4當(dāng)CST6.510-4時(shí)，可以防止產(chǎn)生熱裂紋。（3）再熱裂紋敏感指數(shù)法此處僅介紹一種方法G法。此法適合預(yù)測(cè)低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性，即對(duì)產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性。 GCr3.3Mo8.1V2(%

12、)當(dāng)G0時(shí)，不產(chǎn)生再熱裂紋；當(dāng)G0時(shí)，對(duì)產(chǎn)生再熱裂紋敏感。此外，焊接工藝和結(jié)構(gòu)的運(yùn)行條件也會(huì)對(duì)熱裂紋、再熱裂紋有很大影響，此處從略。四、熱裂紋和再熱裂紋的預(yù)防措施1、冶金方面（1）控制焊縫中，S、P、C等有害雜質(zhì)的含量。為此，要盡量限制母材和焊接材料中S、P、C的含量。同時(shí)可以通過焊接材料中過度Mn、Ti、Zr等元素，克服S的不良作用；提高焊縫的抗熱裂紋能力。重要的焊接結(jié)構(gòu)要采用堿性焊條或焊劑。（2）改善焊縫結(jié)晶狀態(tài) 在焊縫金屬中，或母材中，加入一些細(xì)化晶粒的元素，以提高抗裂性能。如對(duì)188不銹鋼，調(diào)整焊縫或母材的成分，使得焊縫中能得到雙相組織，通常若使鐵素體達(dá)到5。即能提高抗裂性，又能提高耐

13、腐蝕性。2、工藝方面控制焊縫形狀、預(yù)熱、降低接頭的剛度和約束度、采用堿性焊條或焊劑都能預(yù)防熱裂紋和再熱裂紋。五、熱裂紋分析舉例此處僅以GH600波紋管(600、1.0)與0Cr18Ni9Ti(1.0)接管，氬弧焊的熱裂紋分析為例，介紹熱裂紋分析的方法和過程。1、兩種材料的化學(xué)成分表2 兩種材料的化學(xué)成分（）合金CMnSiFeCrNiS其它GH60010051050357981529余量0001Cu0.20.032005060034788154730，06806003583815500Cr18Ni9Ti00802010余量17.019.98.011.00030P0.032、焊接工藝自動(dòng)TIG焊對(duì)

14、接。填充材料高溫合金N62焊絲等見表3。表3 焊絲的化學(xué)成分（）牌號(hào)CMnSiFeCrNiSP其它N620.020.720.47.0515.5余量0.005H00Cr19Ni2Mo20.031.02.50.618.020.011.014.00.03H 0Cr21Ni100.062.00.419.522.09.011.0H 1Cr21Ni130.121.02.50.30.722.025.012.014.03、焊接結(jié)果用4種焊絲，相同的規(guī)范，分別進(jìn)行4快試件，對(duì)焊。搭接接頭，橫焊。在50mm的焊縫上，檢測(cè)熱裂紋的數(shù)量。結(jié)果見下表。表4 幾種焊絲的施焊結(jié)果焊絲H 0Cr21Ni10H 1Cr21Ni

15、13H00Cr19Ni2Mo2N62肉眼檢查非常密集較多較少無滲透探傷6834120射線探傷不合格不合格不合格合格從表中可見，選用N62焊絲，焊前用丙酮仔細(xì)清洗母材和焊絲表面，采用較小的焊接熱輸入，電弧偏向GH600一側(cè)，可以得到滿意的接頭。43焊縫冷裂紋失效分析冷裂紋是最為普遍的一種焊接缺欠。它是結(jié)構(gòu)件在焊后冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的裂紋。一、冷裂紋概述主要發(fā)生在低合金結(jié)構(gòu)鋼、中合金鋼、中碳鋼和高碳鋼的熱影響區(qū)常見的有焊趾裂紋、根部裂紋和焊道下裂紋三種。有時(shí)，焊接超高強(qiáng)度鋼和鈦合金時(shí)，也會(huì)在焊縫金屬上出現(xiàn)冷裂紋。冷裂紋可在焊接后立即出現(xiàn)，也有時(shí)在經(jīng)過一段時(shí)間后，如幾個(gè)小時(shí)，幾天。甚至更常時(shí)間出現(xiàn)

16、。后者稱為延遲裂紋，并且更為常見。冷裂紋起源多在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)，或理化性能不均勻的氫局部積聚區(qū)。它有時(shí)沿晶界擴(kuò)展，有時(shí)穿晶擴(kuò)展；較多的情況是穿晶和沿晶混合擴(kuò)展。擴(kuò)展方式?jīng)Q定于接頭的金相組織、應(yīng)力狀態(tài)和含氫量的多少。裂紋的分布與最大應(yīng)力方向有關(guān)?？v向應(yīng)力大，會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋，橫向應(yīng)力大，會(huì)出現(xiàn)縱向裂紋。根據(jù)鋼種和結(jié)構(gòu)的不同，通常將冷列為你分為三類淬火裂紋、低塑性脆化裂紋和延遲裂紋。僅用金相顯微鏡很難判斷冷裂紋的性質(zhì)，可采用掃描電子顯微鏡分析冷裂紋。二、裂紋的形成機(jī)理1、淬火裂紋亦稱淬硬淬化裂紋。一些淬硬傾向很大的鋼，如含碳量較高的NiCrMo鋼、馬氏體不銹鋼、工具鋼，都有可能出現(xiàn)這種裂

17、紋。它們是冷卻時(shí)，發(fā)生馬氏體相變?cè)斐傻?。這種裂紋常在焊后立即出現(xiàn)。在熱影響區(qū)和焊縫上都有可能出現(xiàn)。2、低塑性脆化裂紋一些塑性很低的金屬材料，冷至低溫時(shí)，由于收縮產(chǎn)生的應(yīng)變大于材料本身的塑性儲(chǔ)備，而產(chǎn)生裂紋。如焊接高鉻合金、鑄鐵材料和堆焊硬質(zhì)合金都會(huì)產(chǎn)生這類裂紋。這時(shí)產(chǎn)生的裂紋也無延遲效應(yīng)。（1） 延遲裂紋焊接后不立即出現(xiàn)而是有一定的孕育期（潛伏期）。它出現(xiàn)的時(shí)間與鋼種的淬硬傾向、焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)和熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量有關(guān)。（2）層狀撕裂這種缺欠只發(fā)生在熱影響區(qū)的母材金屬內(nèi)部。一般在金屬表面不易發(fā)現(xiàn)。多出現(xiàn)在T形接頭、角接頭和十字接頭中。當(dāng)焊接鋼板厚度較大，并且厚度方向受到較大拉應(yīng)力，就可能出

18、現(xiàn)沿著鋼板的軋制方向發(fā)展的具有階梯狀的裂紋。通常稱之為層狀裂紋。見圖P196圖7。撕裂裂紋由基本平行于軋制方向的平臺(tái)和大體垂直于平臺(tái)的剪切壁組成。這種缺欠與鋼種的強(qiáng)度無關(guān)，主要與鋼中的夾雜物的數(shù)量與分布狀態(tài)有關(guān)。在撕裂的平臺(tái)上發(fā)現(xiàn)不同種類的非金屬夾雜物。層狀撕裂的危險(xiǎn)性在于，它有隱蔽性?，F(xiàn)有的無損檢測(cè)手段難于發(fā)現(xiàn)。另外這種缺欠修復(fù)起來十分款困難。更要強(qiáng)調(diào)的是，發(fā)生層狀撕裂的一般都是大型厚壁的重要構(gòu)件。如海洋采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆壓力容器、潛艇外殼等。這些結(jié)構(gòu)因?yàn)閷訝钏毫言斐傻氖鹿适菫?zāi)難性的。因此，必須在設(shè)計(jì)、選材和施焊工藝上加以預(yù)防。（3）應(yīng)力腐蝕裂紋焊接接頭在一定溫度下，受到腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的共

19、同作用，產(chǎn)生的裂紋稱為應(yīng)力腐蝕裂紋。在石油、化工、冶金、能源和海洋工程中的許多構(gòu)件，常因?yàn)楹负筝^大殘余應(yīng)力，在工作過程中應(yīng)力較大，而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。這種裂紋在未有任何變形、無任何征兆的情況下發(fā)生，具有很大破壞性。在焊縫上的應(yīng)力腐蝕裂紋，無明顯的均勻腐蝕痕跡，裂紋呈龜裂形式；從微觀看，裂紋呈枯干的樹枝狀，根須細(xì)長，并帶有分支，斷口未典型的脆性斷口。一般情況下，低碳鋼、低合金鋼、鋁合金、黃銅、鎳合金多為沿晶斷口；黃銅為穿晶斷口。奧氏體不銹鋼的斷口因腐蝕介質(zhì)不同，有穿晶和沿晶之分。三、焊接冷裂紋的形態(tài)與預(yù)防措施根據(jù)裂紋的分布位置，將其分為4種焊道下裂紋、缺口裂紋、橫向裂紋和凝固過渡層裂紋。1、 焊

20、道下裂紋這是一種細(xì)小的裂紋，多出現(xiàn)在距熔合邊0.10.2mm的近縫區(qū)。這里常有粗大的馬氏體組織。裂紋走向大致與熔合線平行，并且一般不顯露于焊縫表面。2、 缺口裂紋這種裂紋起源于應(yīng)力集中的缺口部位。如焊縫根部、焊縫的縫邊或焊趾，這些地方多為粗大的馬氏體組織。根據(jù)源區(qū)不同又可細(xì)分為：焊根裂紋、焊趾裂紋（亦稱縫邊裂紋）。其中根部裂紋是高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)最為常見的裂紋。3、 橫向裂紋對(duì)于淬硬性大的合金鋼，這種裂紋一般起源于熔合區(qū)而延伸到熱影響區(qū)和焊縫。其裂紋走向一般垂直于熔合區(qū)，?？惋@露于表面。在厚板多層焊接時(shí)，裂紋多發(fā)生在距離焊縫表面有一小段距離的焊縫內(nèi)部，其方向垂直焊縫軸線。通常，降低焊縫的氫含量，就

21、能減少這種裂紋。4、 凝固過渡層裂紋只產(chǎn)生在用奧氏體焊條，焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊縫未混合區(qū)或凝固過渡層。由于凝固過渡層出現(xiàn)粗大馬氏體而引起。用鐵素體焊條這種裂紋能消失。四、預(yù)防焊接冷裂紋的措施1、正確選擇鋼種和焊條鋼的淬透性愈大，愈易產(chǎn)生冷裂紋；顯然，鋼的化學(xué)成分、焊接工藝、結(jié)構(gòu)的板材厚度、冷卻條件都會(huì)影響淬透性。如設(shè)計(jì)上要選用抗冷裂紋性能好的材料。即盡量選用碳當(dāng)量Cep??；冷裂紋敏感系數(shù)Pcm小的鋼種。因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)大的鋼，淬硬的傾向大，產(chǎn)生冷裂紋的傾向大。并且，研究發(fā)現(xiàn)，碳是引起冷裂紋傾向最大的元素。近年來，各國都在致力發(fā)展低碳、純凈、和多元合金化的新鋼種，如一些無裂紋鋼，這些鋼具有良好的焊接

22、性；對(duì)中厚板的焊接也無需預(yù)熱。2、氫的作用氫是引起冷裂紋的重要因素。故延遲裂紋又稱為氫致裂紋。由于氫在奧氏體中的溶解度大，在鐵素體中的溶解度??；當(dāng)焊縫金屬發(fā)生相變時(shí)，氫的溶解度會(huì)突然下降，另外氫在奧氏體和鐵素體中的擴(kuò)散速度不同，這些都會(huì)使得氫在熔合區(qū)積聚，并在后來的馬氏體相變過程中，殘留在馬氏體中。這時(shí)當(dāng)熱影響區(qū)有微觀缺欠，如微孔、顯微夾雜，氫就會(huì)在其中不斷擴(kuò)展，直到形成微觀裂紋。由于氫的溶解、擴(kuò)散、積聚、產(chǎn)生應(yīng)力以致開裂，需要時(shí)間，故這種裂紋具有延遲性。顯然，選擇低氫和超低氫的鋼材是預(yù)防冷裂紋的重要措施。下表是國際對(duì)于焊條擴(kuò)散氫含量的分類。表5 國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊條擴(kuò)散氫含量的分類焊條分類擴(kuò)散氫含

23、量/ml (100g)-1非控氫焊條高氫159控氫焊條中氫10155.59低氫51025.5極低氫52從表中可見，對(duì)于重要的焊接結(jié)構(gòu)，盡量選用超低氫焊條。我國對(duì)于碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼焊條的熔敷金屬氫含量，已經(jīng)作出規(guī)定。具體內(nèi)容此處從略。另外，嚴(yán)格烘干焊條或焊劑對(duì)于防止氫致延遲裂紋也十分重要。具體此處從略。再次，選擇強(qiáng)度級(jí)別比母材低的焊條，有利于防止冷裂紋的形成。以便在焊縫產(chǎn)生塑性變形，減低接頭約束力，防止產(chǎn)生冷裂紋；還可采用“軟層焊接”方法。即在高強(qiáng)度鋼的球形容器焊接時(shí)，采用抗裂性好的焊條作底層，內(nèi)層采用與母材等強(qiáng)度的焊條，表層26mm采用稍低于母材的焊條。這樣可以增加焊縫金屬的塑性儲(chǔ)備，降低焊

24、接接頭的約束力，提高焊縫的抗裂紋性能。也還可以，用奧氏體焊條，或在焊縫金屬中增加微量元素，如Ti、Nb、Mo、V、B等能韌化焊縫的金屬，從而，減少冷裂紋。3、接頭的約束應(yīng)力由于焊接時(shí)，焊縫和熱影響區(qū)的熱應(yīng)力不均勻；金屬相變時(shí)的體積效應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)力；結(jié)構(gòu)形式、焊接位置、施焊順序及方向、部件的剛性、冷卻先后產(chǎn)生的應(yīng)力。就是約束應(yīng)力的來源。如，嚴(yán)格控制焊接熱的輸入、合理選擇預(yù)熱溫度、緊急后熱，以及加強(qiáng)焊接的質(zhì)量管理，都可以預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生。具體細(xì)節(jié)從略。五、冷裂紋分析與預(yù)防實(shí)例此處僅以大型球罐的冷裂紋為例介紹冷裂紋的失效分析與預(yù)防。1、基本概況某石化廠1000m5液化石油氣球形罐，壁厚34mm，設(shè)計(jì)壓力

25、1.275MPa,充氣系數(shù)0.8，設(shè)計(jì)使用溫度為常溫。球罐材質(zhì)15MnVR和U39G（與15MnVR成分相近，但含Ni0.52）；焊接材料E5015（J507）焊條。下表是球形罐用材的成分與性能。表6 球形罐用材的成分（）與性能材料CMnSiSPVCuNibs(%)MPa15MnVR0.161.350.120.0270.0190.090.1255906103904002123U39G0.181.420.220.0080.0080.180.030.5257058043043520242、裂紋種類焊后，射線檢查發(fā)現(xiàn)裂紋。分析后認(rèn)為是焊接冷裂紋。其中類為：（1）焊趾處縱向裂紋 大都為沿晶擴(kuò)展與穿晶擴(kuò)展的混合裂紋。（2）橫向裂紋 基本為穿晶擴(kuò)展，并帶分叉。3、裂紋的部位裂紋在表面主要有兩種（1）垂直焊縫的橫向裂紋 這種裂紋源于焊縫金屬，穿過熔合區(qū)、熱影響區(qū)，最后終止在母材的熱影響區(qū)的細(xì)晶區(qū)。一般尺寸在520mm，較短??；并且數(shù)量較少。（2）焊趾處的縱向裂紋這種裂紋出現(xiàn)在焊縫和母