1、西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理主講主講:惠增哲惠增哲 王喜鋒王喜鋒西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院2012年年10月月共4學(xué)時(shí)焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering內(nèi)容內(nèi)容5.1焊接裂紋概述焊接裂紋概述5.2焊接熱裂紋焊接熱裂紋5.3焊接冷裂紋焊接冷裂紋第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)

2、- -基本原理基本原理焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.1 焊接裂紋的危害性焊接裂紋的危害性5.1.2 焊接裂紋的分類與一般特征焊接裂紋的分類與一般特征1.熱裂紋熱裂紋2.冷裂紋冷裂紋3.再熱裂紋再熱裂紋4.層狀撕裂層狀撕裂5.應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述第第5 5章章 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5

3、.1.1 焊接裂紋的危害性焊接裂紋的危害性焊接裂紋定義焊接裂紋定義：在焊接：在焊接應(yīng)力應(yīng)力及其他及其他致脆因素致脆因素共同作用共同作用下，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新界面而產(chǎn)生的下，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新界面而產(chǎn)生的縫隙稱為縫隙稱為。 焊接裂紋引起脆性斷裂焊接裂紋引起脆性斷裂焊接裂紋分析是對(duì)焊接焊接裂紋分析是對(duì)焊接 冶金學(xué)知識(shí)綜合檢驗(yàn)冶金學(xué)知識(shí)綜合檢驗(yàn)5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂

4、紋的分類及一般特征分類分類（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）（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 弧坑（火口）裂紋弧坑（火口）裂紋 表面裂紋、內(nèi)部裂紋等等表面裂紋、內(nèi)部裂紋等等5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征

5、焊接裂紋的分類及一般特征（3 3）、按產(chǎn)生本質(zhì)（產(chǎn)生條件）分類）、按產(chǎn)生本質(zhì)（產(chǎn)生條件）分類分為分為5 5大類大類: :焊接熱裂紋（焊接熱裂紋（結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋、多邊化裂紋）結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋、多邊化裂紋）焊接冷裂紋（延遲裂紋、淬硬脆化裂紋、低塑性脆化焊接冷裂紋（延遲裂紋、淬硬脆化裂紋、低塑性脆化裂紋）裂紋）再熱裂紋再熱裂紋層狀撕裂層狀撕裂 應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及

6、一般特征焊接裂紋的分類及一般特征 1、熱裂紋、熱裂紋產(chǎn)生時(shí)期：在焊接過程中焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻產(chǎn)生時(shí)期：在焊接過程中焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)產(chǎn)生的裂紋。到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)產(chǎn)生的裂紋。裂紋走向：裂紋起源與擴(kuò)展均是裂紋走向：裂紋起源與擴(kuò)展均是沿晶粒邊界沿晶粒邊界產(chǎn)生部位：焊縫為主，及熱影響區(qū)近縫區(qū)產(chǎn)生部位：焊縫為主，及熱影響區(qū)近縫區(qū)分類：分類：5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋高溫液化裂紋高溫液化裂紋多邊化裂紋多邊化裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical

7、Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征結(jié)晶裂紋：結(jié)晶裂紋：在凝固的過程在凝固的過程-結(jié)晶過程中產(chǎn)生，殘余液結(jié)晶過程中產(chǎn)生，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充、在應(yīng)力作用下沿晶開裂。體金屬不足而不能及時(shí)填充、在應(yīng)力作用下沿晶開裂。典型特征：氧化色彩典型特征：氧化色彩高溫液化裂紋：高溫液化裂紋：在高溫下產(chǎn)生在高溫下產(chǎn)生, ,近縫區(qū)或多層焊的層近縫區(qū)或多層焊的層間金屬含有低熔點(diǎn)化合物經(jīng)重新溶化，在收縮應(yīng)力作間金屬含有低熔點(diǎn)化合物經(jīng)重新溶化，在收縮應(yīng)力作用下用下, ,沿奧氏體晶間發(fā)生開裂沿奧氏體晶間發(fā)生開裂多邊化裂紋：多邊化裂紋：產(chǎn)生溫度低于固相線溫度產(chǎn)生溫度低

8、于固相線溫度, ,存在晶格缺存在晶格缺陷陷( (位錯(cuò)和空位位錯(cuò)和空位),),物理化學(xué)的不均勻性物理化學(xué)的不均勻性, ,在應(yīng)力作用下在應(yīng)力作用下, ,缺陷聚集形成多邊化邊界缺陷聚集形成多邊化邊界, ,使強(qiáng)度塑性下降使強(qiáng)度塑性下降, ,沿多邊化沿多邊化邊界開裂。邊界開裂。5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical EngineeringHAZ液化裂紋結(jié)晶裂紋多邊化裂紋5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶

9、金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征 2、冷裂紋、冷裂紋產(chǎn)生溫度：焊后較低溫（產(chǎn)生溫度：焊后較低溫（Ms點(diǎn)附近）點(diǎn)附近） 產(chǎn)生部位產(chǎn)生部位:多在熱影響區(qū)多在熱影響區(qū),但也有發(fā)生在焊縫。但也有發(fā)生在焊縫。特征（斷口）：宏觀斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性特征（斷口）：宏觀斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性斷裂特征。斷裂特征。裂紋走向：晶間斷裂，但也可穿晶（晶內(nèi)）斷裂，也裂紋走向：晶間斷裂，但也可穿晶（晶內(nèi)）斷裂，也可晶間和穿晶混合斷裂。

10、可晶間和穿晶混合斷裂。分類分類5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述延遲（氫致）裂紋延遲（氫致）裂紋淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering延遲裂紋：延遲裂紋：特點(diǎn)不在焊后立即出現(xiàn)，有一段孕育期特點(diǎn)不在焊后立即出現(xiàn)，有一段孕育期（擴(kuò)散氫擴(kuò)散）產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象稱延遲裂紋，與（擴(kuò)散氫擴(kuò)散）產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象稱延遲裂紋，與淬硬組淬硬組織、拘束應(yīng)力、氫織、拘束應(yīng)力、氫有關(guān)。有關(guān)。淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）：淬硬脆化裂紋（淬火

11、裂紋）：淬硬傾向大的組織易產(chǎn)淬硬傾向大的組織易產(chǎn)生這種裂紋（與氫含量關(guān)系不大），焊后立即出現(xiàn)。生這種裂紋（與氫含量關(guān)系不大），焊后立即出現(xiàn)。 低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋：在比較低的溫度下，由于收縮應(yīng)變：在比較低的溫度下，由于收縮應(yīng)變超過了材料本身的塑性儲(chǔ)備產(chǎn)生的裂紋稱低塑性脆化超過了材料本身的塑性儲(chǔ)備產(chǎn)生的裂紋稱低塑性脆化裂紋，無延遲。裂紋，無延遲。5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Enginee

12、ring延遲裂紋5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 3 3、再熱裂紋（消除應(yīng)、再熱裂紋（消除應(yīng)力處理裂紋）力處理裂紋） 溫度：溫度：( (敏感溫度如敏感溫度如600-600-700700）由于重新加熱（）由于重新加熱（熱處熱處理或高溫服役理或高溫服役）過程中產(chǎn)生）過程中產(chǎn)生又稱消除應(yīng)力處理裂紋。又稱消除應(yīng)力處理裂紋。特征：晶界雜質(zhì)或析出相特征：晶界雜質(zhì)或析出相位置：一般位置：一

13、般HAZHAZ粗晶區(qū)。粗晶區(qū)。走向：沿晶走向：沿晶5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 4 4、層狀撕裂、層狀撕裂 溫度：如溫度：如400400以下低溫以下低溫特征：由于特征：由于軋制軋制母材內(nèi)母材內(nèi)部存在有部存在有分層的夾雜物分層的夾雜物( (特特別是硫化物夾雜物）和焊別是硫化物夾雜物）和焊接時(shí)產(chǎn)生的接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向垂直軋制方向的應(yīng)力的應(yīng)力，使熱影響區(qū)附近，使熱影響區(qū)附近

14、地方產(chǎn)生呈地方產(chǎn)生呈“臺(tái)階臺(tái)階”狀的狀的層狀斷裂層狀斷裂走向：穿晶或沿晶走向：穿晶或沿晶位置：熱影響區(qū)附近位置：熱影響區(qū)附近5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 5 5、應(yīng)力腐蝕裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋特征：特征： 特定介質(zhì)和拉應(yīng)特定介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的延力共同作用下所產(chǎn)生的延遲破裂現(xiàn)象。如遲破裂現(xiàn)象。如枯樹狀枯樹狀，由表面向縱深發(fā)展，裂口由表面向縱深發(fā)展，裂口的深寬比達(dá)到幾

15、十至的深寬比達(dá)到幾十至100100以以上，上，細(xì)長(zhǎng)而又尖銳，分支細(xì)長(zhǎng)而又尖銳，分支明顯明顯溫度：任何溫度溫度：任何溫度位置：焊縫及位置：焊縫及HAZHAZ走向：沿晶或穿晶走向：沿晶或穿晶 5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂紋的分類及一般特征焊接裂紋的分類及一般特征5.1 5.1 焊接裂紋概述焊接裂紋概述焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂

16、紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋5.2.1 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)生部位產(chǎn)生部位2.產(chǎn)生過程產(chǎn)生過程3.產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件5.2.2 影響結(jié)晶裂紋的因素影響結(jié)晶裂紋的因素1.冶金因素（液態(tài)薄膜）冶金因素（液態(tài)薄膜）2.應(yīng)力因素（拉伸應(yīng)力）應(yīng)力因素（拉伸應(yīng)力）5.2.3 防治結(jié)晶裂紋的措施防治結(jié)晶裂紋的措施1.冶金方面冶金方面2.工藝方面（減少應(yīng)力）工藝方面（減少應(yīng)力）第第5 5章章 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of

17、Material and Chemical Engineering一般特征一般特征WM，HAZ冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生 沿晶斷裂，沿晶斷裂，高溫氧化色彩高溫氧化色彩斷裂的條件：在高溫階段斷裂的條件：在高溫階段晶間延性或塑性變形晶間延性或塑性變形能力能力min不足以承受凝固過程或高溫時(shí)不足以承受凝固過程或高溫時(shí)冷卻過程積累的應(yīng)冷卻過程積累的應(yīng)變量變量占，即占，即 焊接熱裂紋概述焊接熱裂紋概述5.25.2焊接熱裂紋焊接熱裂紋min焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical

18、 Engineering高溫階段金屬兩個(gè)脆性溫高溫階段金屬兩個(gè)脆性溫度區(qū)間度區(qū)間 與兩大類熱裂紋與兩大類熱裂紋 與與液膜液膜有關(guān)的熱裂紋，有關(guān)的熱裂紋，固相線固相線TS附近附近 結(jié)晶裂紋，高溫液化裂結(jié)晶裂紋，高溫液化裂紋紋 與液膜無關(guān)的熱裂紋，與液膜無關(guān)的熱裂紋，位于位于奧氏體再結(jié)晶溫度奧氏體再結(jié)晶溫度TR附近。附近。 高溫失延裂紋，多邊化高溫失延裂紋，多邊化裂紋裂紋焊接熱裂紋概述焊接熱裂紋概述5.25.2焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 1 1、產(chǎn)生部

19、位、產(chǎn)生部位沿焊縫樹枝狀沿焊縫樹枝狀結(jié)晶的交界處結(jié)晶的交界處發(fā)生和發(fā)發(fā)生和發(fā)展，沿焊縫中心縱向或晶間開裂展，沿焊縫中心縱向或晶間開裂5.2.1 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋沿焊縫中心的縱向裂紋沿焊縫中心的縱向裂紋焊縫中沿樹枝晶界裂紋焊縫中沿樹枝晶界裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering結(jié)結(jié)晶晶裂裂紋紋5.2.1 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂

20、紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 2 2、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程（1）過程：在焊縫金屬凝固結(jié)晶）過程：在焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期，的后期，低熔點(diǎn)共晶物低熔點(diǎn)共晶物被排擠在被排擠在晶界，形成一種所謂的晶界，形成一種所謂的“液態(tài)薄液態(tài)薄膜膜”，在焊接拉應(yīng)力作用下，就，在焊接拉應(yīng)力作用下，就可能在這薄弱地帶開裂，產(chǎn)生結(jié)可能在這薄弱地帶開裂，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。晶裂紋。 （2）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因：）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因： 液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力 液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜根本原因根本原因 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力必要條件必要條件5.2.1 結(jié)晶

21、裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋1、結(jié)晶溫度：、結(jié)晶溫度：FeS 1190；Fe3P 1166；2、低熔點(diǎn)共晶溫度：、低熔點(diǎn)共晶溫度：FeSFe 980；Fe3PFe 1050；NiS2Ni 645；Ni3PNi 880；3、鋼的結(jié)晶溫度約、鋼的結(jié)晶溫度約1350 焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 2 2、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程（續(xù)）、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程（續(xù)） （3）位置：柱狀晶交遇的中心部位）位置：柱狀晶交遇的中心部位 柱狀晶間隙柱狀晶間隙 弧

22、坑（火口）弧坑（火口） 5.2.1 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering 2、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程（續(xù)）、結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生過程（續(xù)） 5.2.1 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理固液階段：有裂紋固液階段：有裂紋固相階段：無裂紋固相階段：無裂紋（4 4）結(jié)晶過程裂紋傾向分析）結(jié)晶過程裂紋傾向分析 結(jié)晶的三個(gè)階段結(jié)晶的三個(gè)階段液固階段：無裂紋液固階段：無裂紋 T Tb b稱為脆性溫度區(qū)稱為脆性溫度區(qū)，在比區(qū)間易產(chǎn)生結(jié)晶

23、裂紋，雜質(zhì)較，在比區(qū)間易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，雜質(zhì)較少的金屬少的金屬, T, Tb b小產(chǎn)生裂紋的可能性也小，雜質(zhì)多的金屬小產(chǎn)生裂紋的可能性也小，雜質(zhì)多的金屬T Tb b大，大，產(chǎn)生裂紋的傾向也大產(chǎn)生裂紋的傾向也大 5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.2.1 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理結(jié)晶裂紋形成機(jī)理5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋 3 .產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件 e隨隨T按曲線按曲線1變化變化:p min-e=es 0，即焊縫仍有即焊縫仍

24、有es的塑的塑性儲(chǔ)備量，性儲(chǔ)備量，不產(chǎn)生不產(chǎn)生熱裂紋熱裂紋e隨隨T按曲線按曲線2變化變化: e=pmin,即即處于臨處于臨界狀態(tài)界狀態(tài). .臨界應(yīng)變?cè)雠R界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率長(zhǎng)速率CSTCSTe隨隨T按曲線按曲線3變化變化:p min-e=es- S S、P P在在中溶解度低，析出中溶解度低，析出S S、P P集富在晶界上，裂紋集富在晶界上，裂紋c)c)、MnMn Mn具有脫具有脫S作用?？沽炎饔?。抗裂 d)、Si 硅是硅是相形成元素，利于消除結(jié)晶裂紋相形成元素，利于消除結(jié)晶裂紋 , Si0.4% 易易形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽夾雜使裂形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽夾雜使裂（3）凝固結(jié)晶組織形態(tài)對(duì)結(jié)晶裂紋的影響）凝固結(jié)晶

25、組織形態(tài)對(duì)結(jié)晶裂紋的影響晶粒粗大裂紋的傾向晶粒粗大裂紋的傾向5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.2.2 結(jié)晶裂紋的影響因素結(jié)晶裂紋的影響因素 2 2、應(yīng)力因素、應(yīng)力因素產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件1：焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的塑性焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的塑性p要小于脆性溫度區(qū)間要小于脆性溫度區(qū)間內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)變內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)變e，即，即pe.產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件2：在焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬

26、的強(qiáng)度在焊接時(shí)脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的強(qiáng)度m要小于在脆性溫度要小于在脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力區(qū)內(nèi)金屬所承受的拉伸應(yīng)力,即即m。 m取決于晶內(nèi)強(qiáng)度取決于晶內(nèi)強(qiáng)度G，晶界強(qiáng)度，晶界強(qiáng)度05.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering000000GGGTTTTTT 時(shí)稱 為 等 強(qiáng) 溫 度時(shí)晶 間 斷 裂應(yīng)力因素例應(yīng)力因素例：高焊接速：高焊接速度，冷卻快，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)度，冷卻快，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度快，裂紋傾向增大，速度快，裂紋傾向增大，另外熔池成淚滴狀，柱另外熔池成

27、淚滴狀，柱狀晶垂直生長(zhǎng)，更易裂狀晶垂直生長(zhǎng)，更易裂紋。紋。5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋5.2.2 結(jié)晶裂紋的影響因素結(jié)晶裂紋的影響因素金屬強(qiáng)度隨溫度的變化金屬強(qiáng)度隨溫度的變化焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.2.3 防止措施防止措施 1、冶金方面、冶金方面（1）控制）控制P S C（2）改善結(jié)晶）改善結(jié)晶（3）愈合作用）愈合作用 2、工藝方面（減少應(yīng)力）、工藝方面（減少應(yīng)力）（1）焊接工藝）焊接工藝 預(yù)熱，高線能量，減低應(yīng)變率預(yù)熱，高線能量，減低應(yīng)變率（2）接頭形

28、式）接頭形式（3）焊接次序）焊接次序5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3焊接冷裂紋焊接冷裂紋5.3.1 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)生部位產(chǎn)生部位2.產(chǎn)生過程產(chǎn)生過程3.產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件5.2.2 影響結(jié)晶裂紋的因素影響結(jié)晶裂紋的因素1.冶金因素（液態(tài)薄膜）冶金因素（液態(tài)薄膜）2.應(yīng)力因素（拉伸應(yīng)力）應(yīng)力因素（拉伸應(yīng)力）5.2.3 防治結(jié)晶裂紋的措施防治結(jié)晶裂紋的措施1.冶金方面冶金方面2.工藝方面（減少應(yīng)力）工藝方面（減

29、少應(yīng)力）第第5 5章章 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3焊接冷裂紋焊接冷裂紋5.3.1 焊接冷裂條件與特征焊接冷裂條件與特征1.冷裂條件冷裂條件2.冷裂紋特征冷裂紋特征5.3.2 延遲裂紋的機(jī)理延遲裂紋的機(jī)理5.3.3 影響延遲裂紋的三個(gè)因素影響延遲裂紋的三個(gè)因素1.材料的淬硬傾向材料的淬硬傾向2.氫的作用氫的作用3. 接頭的應(yīng)力狀態(tài)接頭的應(yīng)力狀態(tài)5.3.4 焊接冷裂紋的控制焊接冷裂紋的控制第第5 5章章 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理

30、基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂條件與特征焊接冷裂條件與特征 1、冷裂條件、冷裂條件 冷裂紋的提法是相對(duì)熱裂紋而言，一般指在低溫冷裂紋的提法是相對(duì)熱裂紋而言，一般指在低溫出現(xiàn)的裂紋。冷裂紋的產(chǎn)生，同熱裂紋一樣，也應(yīng)符出現(xiàn)的裂紋。冷裂紋的產(chǎn)生，同熱裂紋一樣，也應(yīng)符合下列條件：合下列條件：5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋min 即接頭局部位置的延性即接頭局部位置的延性minmin不足以承受所發(fā)生的應(yīng)不足以承受所發(fā)生的應(yīng)變變的作用。的作用。與接頭的與接頭的拘束應(yīng)力拘束應(yīng)力有關(guān)。有關(guān)。m

31、inmin則取決于焊接冷卻過程中的致脆因素，則取決于焊接冷卻過程中的致脆因素，淬硬組織的淬硬組織的存在存在和和氫脆氫脆的作用。這兩種致脆因素的有效作用溫度區(qū)的作用。這兩種致脆因素的有效作用溫度區(qū)間正是在室溫附近，通常在間正是在室溫附近，通常在MsMs以下。故稱為以下。故稱為“冷裂紋冷裂紋”。焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂條件與特征焊接冷裂條件與特征 2冷裂紋特征冷裂紋特征 （1 1）分布形態(tài)）分布形態(tài) 冷裂紋多發(fā)生在具有冷裂紋多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)缺口效

32、應(yīng)的的焊接熱影響區(qū)或有焊接熱影響區(qū)或有物理化學(xué)不均勻性的氫聚集物理化學(xué)不均勻性的氫聚集的局部的局部地帶。地帶。 5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂條件與特征焊接冷裂條件與特征 2 2冷裂紋特征冷裂紋特征（續(xù)）（續(xù)） (2) (2) 冷裂時(shí)期冷裂時(shí)期 延遲裂紋延遲裂紋生成溫度約在生成溫度約在100100-100-100之間。有潛伏期之間。有潛伏期( (孕育期孕育期) )，幾，幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)，存在潛伏期、緩慢擴(kuò)展期和突

33、然斷裂期小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)，存在潛伏期、緩慢擴(kuò)展期和突然斷裂期三個(gè)接續(xù)的開裂過程?，F(xiàn)公認(rèn)有潛伏期的冷裂紋是由于三個(gè)接續(xù)的開裂過程?，F(xiàn)公認(rèn)有潛伏期的冷裂紋是由于氫作用氫作用而具有延遲開裂特性而具有延遲開裂特性，故稱又稱為，故稱又稱為“氫致裂紋氫致裂紋”。淬硬傾向大淬硬傾向大的鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的冷裂紋常常是沒有潛伏期，即不具有的鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的冷裂紋常常是沒有潛伏期，即不具有延遲開裂特性，只要低于一定溫度就會(huì)見到冷裂紋。如果說氫延遲開裂特性，只要低于一定溫度就會(huì)見到冷裂紋。如果說氫促使開裂具有延遲特性，則無潛伏期開裂應(yīng)該認(rèn)為氫未發(fā)生影促使開裂具有延遲特性，則無潛伏期開裂應(yīng)該認(rèn)為氫未發(fā)生影響。所以，這類冷

34、裂紋稱響。所以，這類冷裂紋稱“淬硬裂紋淬硬裂紋”，主要與淬硬組織的存，主要與淬硬組織的存在有聯(lián)系。在有聯(lián)系。鑄鐵或硬質(zhì)合金等脆性村料焊接時(shí)，很易產(chǎn)生冷裂紋，而且均不會(huì)鑄鐵或硬質(zhì)合金等脆性村料焊接時(shí)，很易產(chǎn)生冷裂紋，而且均不會(huì)有潛伏期，有潛伏期，主要是本身延性太低主要是本身延性太低，在熱應(yīng)力作用導(dǎo)致開裂，與，在熱應(yīng)力作用導(dǎo)致開裂，與氫的作用無關(guān)。這類裂紋可稱為氫的作用無關(guān)。這類裂紋可稱為“低塑性裂紋低塑性裂紋”。5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineeri

35、ng5.3.1 焊接冷裂條件與特征焊接冷裂條件與特征 2 2冷裂紋特征冷裂紋特征（續(xù)）（續(xù)） （3 3）斷口特征）斷口特征 從宏觀上看，斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性斷裂特征，從宏觀上看，斷口具有發(fā)亮的金屬光澤的脆性斷裂特征，未有氧化色彩。未有氧化色彩。從微觀上看，也不像熱裂紋那樣單純只是晶間斷裂特征，從微觀上看，也不像熱裂紋那樣單純只是晶間斷裂特征，而?？梢娧鼐c穿晶斷口共存。而?？梢娧鼐c穿晶斷口共存。5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5

36、.3.2 延遲裂紋機(jī)理延遲裂紋機(jī)理 裂紋的延遲出現(xiàn)還與溫度有密切關(guān)系。鋼中的延遲破壞只是在一裂紋的延遲出現(xiàn)還與溫度有密切關(guān)系。鋼中的延遲破壞只是在一定的溫度區(qū)間發(fā)生定的溫度區(qū)間發(fā)生(-100+100)，溫度太高則氫易逸出，溫度，溫度太高則氫易逸出，溫度太低則氫的擴(kuò)散受到抑制，因此都不會(huì)產(chǎn)生延遲現(xiàn)象的斷裂。太低則氫的擴(kuò)散受到抑制，因此都不會(huì)產(chǎn)生延遲現(xiàn)象的斷裂。 5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影響延遲裂紋的三個(gè)因素及判據(jù)影響延遲

37、裂紋的三個(gè)因素及判據(jù) 結(jié)合焊接的具體情況，結(jié)合焊接的具體情況，Granjon提出延遲裂紋的形成是提出延遲裂紋的形成是焊接接頭含氫量焊接接頭含氫量、焊接接頭金屬中所承受的拉應(yīng)力焊接接頭金屬中所承受的拉應(yīng)力及及鋼材淬硬傾向造成的金屬塑性儲(chǔ)備下降鋼材淬硬傾向造成的金屬塑性儲(chǔ)備下降三個(gè)因素交互三個(gè)因素交互作用的結(jié)果作用的結(jié)果 1 1材料的淬硬傾向材料的淬硬傾向 影響材料的淬硬傾向主要決定于材料的化學(xué)成分、影響材料的淬硬傾向主要決定于材料的化學(xué)成分、所采用的焊接工藝和冷卻條件以及板厚等因素。所采用的焊接工藝和冷卻條件以及板厚等因素。（1）淬火形成脆硬的馬氏體組織）淬火形成脆硬的馬氏體組織（2）淬硬形成更

38、多的晶格缺陷）淬硬形成更多的晶格缺陷 判據(jù)：判據(jù)：Hmax，CE等。等。5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影響延遲裂紋的三個(gè)因素及判據(jù)影響延遲裂紋的三個(gè)因素及判據(jù) 2 2氫的作用氫的作用 擴(kuò)散氫對(duì)冷裂的產(chǎn)生和擴(kuò)展起了決定性的作用擴(kuò)散氫對(duì)冷裂的產(chǎn)生和擴(kuò)展起了決定性的作用, “殘余擴(kuò)散殘余擴(kuò)散氫氫” ,判據(jù)，臨界擴(kuò)散氫含量判據(jù)，臨界擴(kuò)散氫含量HCR。5.2 5.2 焊接熱裂紋焊接熱裂紋焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂紋焊接裂紋School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影響延遲裂紋的三個(gè)因素及判據(jù)影響延遲裂紋的三個(gè)因素及判據(jù) 3 3接頭的應(yīng)力狀態(tài)。接頭的應(yīng)力狀態(tài)。（焊接條件下主要存在三種應(yīng)力）（焊接條件下主要存在三種應(yīng)力） 不均勻加熱及冷卻過不均勻加熱及冷卻過程中所產(chǎn)生的