焊接裂紋及防止

1、1第一節(jié) 概述優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備兩個(gè)條件：一是使用性能不低于母材；二是沒有技術(shù)條件中規(guī)定不允許存在的缺陷。焊接過程中，在焊接接頭中產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的種類很多，有些是因施焊中操作不當(dāng)或焊接參數(shù)不正確所造成，如咬邊、焊穿、焊縫尺寸不足、末焊透等，有些是由于化學(xué)冶金、凝固或固態(tài)相變過程的產(chǎn)物而造成的，如氣孔、夾雜和裂紋等。這些缺陷與母材、焊接材料的化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此稱之為焊接冶金缺陷。本部分內(nèi)容重點(diǎn)介紹常見焊接冶金缺陷中的裂紋特征、產(chǎn)生原因及防止措施。第七章第七章 焊接裂紋及防止焊接裂紋及防止2一、結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理 有的結(jié)晶裂紋是沿焊縫中心縱

2、向開裂，也有沿焊縫中的樹枝晶之間界面處發(fā)生和發(fā)展的結(jié)晶裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)樹枝狀晶體之間，這說明在結(jié)晶過程中晶界是最薄弱的部位。第二節(jié)第二節(jié) 焊接熱裂紋焊接熱裂紋3 由于先結(jié)晶的固相金屬較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)多，并富集在晶界。這些雜質(zhì)容易形成低的熔點(diǎn)的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之間形成一個(gè)液態(tài)薄膜。如果此時(shí)有拉伸應(yīng)力存在就會(huì)產(chǎn)生裂紋（圖5-16）。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（1） 產(chǎn)生熱裂紋的原因是晶間存在液態(tài)薄膜和在凝固過程中存在拉伸應(yīng)力。4 在整個(gè)結(jié)晶過程中，從液到固可分為三個(gè)階段：（1）液固階段（液多于固） 液態(tài)金屬可在固態(tài)金屬中自由流動(dòng)，此時(shí)既使有拉伸應(yīng)力也不會(huì)

3、產(chǎn)生裂紋。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（2）5（2）固液階段（固多于液） 隨著固態(tài)金屬量增加，剩余的液態(tài)金屬多為低熔點(diǎn)共晶，流動(dòng)也發(fā)生困難，這時(shí)若有拉伸應(yīng)力產(chǎn)生的小裂紋無法靠液態(tài)金屬填充，成為一個(gè)“裂紋源”。此階段也叫“脆性溫度區(qū)”。結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理（3）（3）完全凝固階段 完全凝固后金屬有較好的強(qiáng)度和塑性，既使有拉伸應(yīng)力也難以產(chǎn)生裂紋。61 冶金因素對(duì)結(jié)晶裂紋的影響 影響因素有相圖類型、化學(xué)成分、結(jié)晶組織形態(tài)。二、二、 結(jié)晶裂紋的影響因素結(jié)晶裂紋的影響因素 產(chǎn)生熱裂紋必須具備冶金因素（成分、偏析）和力的因素（金屬熱物理性質(zhì)、焊件拘束度、焊接工藝等）。7 相圖的結(jié)晶

4、溫度區(qū)間越大（即液態(tài)存在的時(shí)間越長(zhǎng)），產(chǎn)生熱裂紋的可能性越大（圖519）。 影響相圖結(jié)晶溫度區(qū)間大小與合金的含量有關(guān)。（1） 相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大小相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大小（1） 由于焊接是在非平衡條件下結(jié)晶，結(jié)晶溫度區(qū)間要偏離平衡條件下的結(jié)晶溫度區(qū)間，因此最大結(jié)晶裂紋可能發(fā)生在低合金含量區(qū)（圖519虛線）。8 各種狀態(tài)圖對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向的規(guī)律（圖520）。相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大小相圖類型和結(jié)晶溫度區(qū)的大小（2）9 對(duì)凝固溫度范圍的影響； 對(duì)形成低熔點(diǎn)相的影響（尤其是S、P）。 對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響比較大的合金是一些能形成低熔點(diǎn)共晶的合金元素，熔點(diǎn)越低、數(shù)量越大，裂紋傾向越大。（2）

5、合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響）合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（1）101） 硫、磷：S、P可擴(kuò)大Fe的結(jié)晶區(qū)間（圖521），并能與Fe形成多種低熔點(diǎn)共晶。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（2）112）碳：碳在相中的溶解度大于相（表54）， 所以含碳0.4時(shí)，容易形成硅酸鹽夾雜，造成裂紋源，從而增加裂紋傾向。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（6）5）鈦、鋯、稀土：Ti、Zr、RE脫硫的效果比Mn好得多，有良好的消除結(jié)晶裂紋作用，但它們也是強(qiáng)脫氧元素。 氧化稀土也有脫硫作用。6）鎳：Ni和S形成低熔點(diǎn)共晶（NiS2 645），易于引起結(jié)晶裂紋。14(7

6、)銅：銅易引起熱裂紋，如黃銅釬焊20鋼引起的裂紋。合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響合金因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響（7）15 焊縫晶粒大小、形態(tài)和方向?qū)沽研杂泻艽笥绊憽＞ЯＴ酱执?、柱狀晶方向越明顯，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向就越大。所以細(xì)化晶粒有利于打破液膜的連續(xù)性，是減小結(jié)晶裂紋的有效措施。（3）結(jié)晶組織對(duì)結(jié)晶裂紋的影響）結(jié)晶組織對(duì)結(jié)晶裂紋的影響（1）161 冶金因素（1）控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)含量盡量減少低熔點(diǎn)共晶的數(shù)量。S、P的最大含量取決于被焊金屬，一般低碳鋼、低合金鋼S、P0.05，高合金鋼0.04，不銹鋼（或R crR）就可以認(rèn)為是安全的。2 拘束應(yīng)力影響拘束應(yīng)力影響（1）39 在焊后冷

7、卻過程中，除一部分氫從表面逸出外，還向熱影響區(qū)方向擴(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，在一些塑性應(yīng)變和微觀缺陷部位發(fā)生氫聚集（應(yīng)力集中高的部位的氫濃度高于平均值的5倍多），使這個(gè)部位很快達(dá)到臨界氫濃度。3 氫的影響（氫在焊縫中的行為）氫的影響（氫在焊縫中的行為）（1）40 采用軟質(zhì)焊縫、改變坡口的形式（避免有應(yīng)力集中的部位，如圓滑過渡）和預(yù)熱、后熱等措施均可降低氫的聚集。氫的影響（氫在焊縫中的行為）氫的影響（氫在焊縫中的行為）（2） 氫常在熔合區(qū)附近聚集，而且在焊后最初10分鐘內(nèi)聚集速度最快。41（1） 焊接線能量：過大線能量E引起近縫區(qū)晶粒粗大，降低抗裂性能，尤其是有粗大M體時(shí)更有害。但對(duì)于低碳低合金鋼適當(dāng)

8、增大線能量是有利的。線能量過小易使熱影響區(qū)淬硬，也不利于氫逸出。 焊接工藝對(duì)冷裂紋的影響焊接工藝對(duì)冷裂紋的影響（1）預(yù)熱可以有效防止冷裂紋，但溫度過高會(huì)增加附加應(yīng)力（因是局部加熱），反而增加冷裂傾向。所以預(yù)熱溫度主要是從降低冷速，減小淬硬傾向考慮。低合金高強(qiáng)鋼的預(yù)熱溫度經(jīng)驗(yàn)公式為： T() = 324Pcm + 17.7H + 0.14b + 4.72214（2） 預(yù)熱溫度（1）42 由于冷裂紋存在潛伏期，所以要在裂紋產(chǎn)生前要進(jìn)行加熱處理。尤其是對(duì)不預(yù)熱的焊件，后熱處理要及時(shí)，溫度要高。 后熱處理的有利作用：1）改善組織，提高韌性，減小淬硬性；2）減低殘余應(yīng)力；3）消除擴(kuò)散氫；4）降低預(yù)熱溫度（表512）。（3） 焊后熱處理焊后熱處理（1）表 5-12 預(yù)熱溫度（HT80,E=17Kj/） 板 厚 8 (mm) 是否進(jìn) 行后熱 25 2538 3850 不進(jìn)行后熱 進(jìn)行后熱 165 75 180 85 200 90 43（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素強(qiáng)化，既提高強(qiáng)度，又保證金屬有一定的韌性。2）采用高質(zhì)量鋼降低S、P、O、N雜質(zhì)含量。3）采用堿性