1、12第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力（internal stress） ：在沒有外力的條：在沒有外力的條件下，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。件下，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。 焊接瞬時(shí)應(yīng)力（焊接瞬時(shí)應(yīng)力（ instantaneous stress ）：）：在在焊接加熱和冷卻過程中某一瞬時(shí)焊件中存在的焊接加熱和冷卻過程中某一瞬時(shí)焊件中存在的應(yīng)力。應(yīng)力。 焊接殘余應(yīng)力（焊接殘余應(yīng)力（ residual stress ）：焊）：焊件完件完全冷卻、溫度均勻化后殘存于焊件中的應(yīng)力。全冷卻、溫度均勻化后殘存于焊件中的應(yīng)力。 相變應(yīng)力（相變應(yīng)力（phase transformation stress）：）：金屬

2、材料在固態(tài)相變過程中，各部分發(fā)生相變金屬材料在固態(tài)相變過程中，各部分發(fā)生相變的先后時(shí)刻不同，各部分發(fā)生的相變程度也不的先后時(shí)刻不同，各部分發(fā)生的相變程度也不同，由此而產(chǎn)生的應(yīng)力。同，由此而產(chǎn)生的應(yīng)力。3內(nèi)應(yīng)力與內(nèi)部變形的基本概念1 1 內(nèi)應(yīng)力的基本概念內(nèi)應(yīng)力的基本概念41.1.內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 在沒有外力的條件下，平衡于物體在沒有外力的條件下，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。其主要特點(diǎn)是在物體內(nèi)部內(nèi)部的應(yīng)力。其主要特點(diǎn)是在物體內(nèi)部構(gòu)成平衡的力學(xué)系統(tǒng)，即內(nèi)力之和與內(nèi)構(gòu)成平衡的力學(xué)系統(tǒng)，即內(nèi)力之和與內(nèi)力矩之和為零。力矩之和為零。5內(nèi)應(yīng)力在彈性體內(nèi)構(gòu)成一平衡體系，內(nèi)應(yīng)力在彈性體內(nèi)構(gòu)成一平衡體系， 即即AAdMdA

3、0062. 2. 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因 圖1 -圖1-28金屬框架圖1-477內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因很多內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因很多u 熱加工-焊接、軋制、鑄造和鍛壓等加工過程；u 冷加工-剪切、彎曲、磨削等加工過程和其它的機(jī)械加工過程； 83 3內(nèi)應(yīng)力的分類內(nèi)應(yīng)力的分類內(nèi)應(yīng)力按照其分布的尺度范圍可分為三類：內(nèi)應(yīng)力按照其分布的尺度范圍可分為三類：（1 1）第一類內(nèi)應(yīng)力：也稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力，其分）第一類內(nèi)應(yīng)力：也稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力，其分 布范圍較大，與物體尺寸大小相當(dāng)。是主要的布范圍較大，與物體尺寸大小相當(dāng)。是主要的研究對象。研究對象。（2 2）第二類內(nèi)應(yīng)力：也稱為微觀內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)）第二類內(nèi)應(yīng)力：也稱為

4、微觀內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力在其微觀（一個(gè)或幾個(gè)晶粒）范圍內(nèi)平衡。力在其微觀（一個(gè)或幾個(gè)晶粒）范圍內(nèi)平衡。這種應(yīng)力主要金相組織的變化而引起。這種應(yīng)力主要金相組織的變化而引起。（3 3）第三類內(nèi)應(yīng)力：也稱為超微觀內(nèi)力。內(nèi)應(yīng)）第三類內(nèi)應(yīng)力：也稱為超微觀內(nèi)力。內(nèi)應(yīng)力在其超微觀（金屬晶格）范圍內(nèi)平衡。力在其超微觀（金屬晶格）范圍內(nèi)平衡。94.4.自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形10 物體在某些因素（溫度等）的作用下，如物體在某些因素（溫度等）的作用下，如果沒有受到外界的任何阻礙而自由進(jìn)行的變形稱果沒有受到外界的任何阻礙而自由進(jìn)行的變形稱為自由變形。單位長度上的自由變形，稱為自由為自由變形

5、。單位長度上的自由變形，稱為自由變形率，用變形率，用 T T 表示。表示。112 2）外觀變形）外觀變形 物體的自由變形受到外界的阻礙而只能部分表現(xiàn)出來的變形部分稱為外觀變形。單位長度上的外觀變形稱為外觀變形率，用 e表示。123 3）內(nèi)部變形）內(nèi)部變形 物體的自由變形變形受到外界的阻礙而沒有表現(xiàn)出來的變形部分稱為內(nèi)部變形。單位長度上的內(nèi)部變形稱為內(nèi)部變形率，用 表示。 135.5.研究熱應(yīng)力和熱變形的幾個(gè)假定研究熱應(yīng)力和熱變形的幾個(gè)假定 1.平截面假定； 2.金屬加熱時(shí)，其物理性能不變； 3.理想的彈塑性假定； 4.屈服極限隨溫度變化的假定；1415理想的彈塑性假定理想的彈塑性假定16屈服極

6、限隨溫度變化的假屈服極限隨溫度變化的假定定17一、內(nèi)應(yīng)力的形成一、內(nèi)應(yīng)力的形成（一）熱應(yīng)力（一）熱應(yīng)力（thermal stressthermal stress） 工件在受熱及冷卻過程中，由于各部分的工件在受熱及冷卻過程中，由于各部分的溫度不同，冷卻速度不同而造成工件上在同一溫度不同，冷卻速度不同而造成工件上在同一時(shí)刻各部分的收縮和膨脹量不同，從而導(dǎo)致彼時(shí)刻各部分的收縮和膨脹量不同，從而導(dǎo)致彼此相互制約而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。此相互制約而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。加熱加熱, 出現(xiàn)塑性變出現(xiàn)塑性變形后的殘余應(yīng)力形后的殘余應(yīng)力TE 當(dāng)加熱變形在彈性范圍內(nèi)，冷卻后，殘當(dāng)加熱變形在彈性范圍內(nèi)，冷卻后，

7、殘余應(yīng)力余應(yīng)力=0。 當(dāng)加熱變形超過彈性范圍（產(chǎn)生塑性變當(dāng)加熱變形超過彈性范圍（產(chǎn)生塑性變形），冷卻后，有殘余應(yīng)變，導(dǎo)致殘余應(yīng)力，形），冷卻后，有殘余應(yīng)變，導(dǎo)致殘余應(yīng)力，如右下圖所示。如右下圖所示。E-彈性模量彈性模量-線脹系數(shù)線脹系數(shù)T-溫升溫升18 產(chǎn)生原因：非均勻加熱，產(chǎn)生原因：非均勻加熱，工件各部分膨脹和收縮量不工件各部分膨脹和收縮量不同；材料各部分相互制約，同；材料各部分相互制約，不能自由膨脹和收縮。不能自由膨脹和收縮。 平截面假定：焊接加熱和平截面假定：焊接加熱和冷卻過程中工件端面始終保冷卻過程中工件端面始終保持平截面。持平截面。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生過焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生過程：加

8、熱過程、冷卻過程，程：加熱過程、冷卻過程，如右圖所示。如右圖所示。（二）焊接應(yīng)力與變形（二）焊接應(yīng)力與變形19（三）相變應(yīng)力（三）相變應(yīng)力低碳鋼、低合金鋼：相變溫低碳鋼、低合金鋼：相變溫度大于度大于600，無相變應(yīng)力，無相變應(yīng)力高合金鋼：奧氏體穩(wěn)定性增高合金鋼：奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)，強(qiáng)，200350發(fā)生馬氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，體積增大，產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)變，體積增大，產(chǎn)生較大壓應(yīng)力壓應(yīng)力20（四）機(jī)械阻礙應(yīng)力（四）機(jī)械阻礙應(yīng)力 產(chǎn)生原因：焊件冷卻過程中產(chǎn)生的收縮受到外產(chǎn)生原因：焊件冷卻過程中產(chǎn)生的收縮受到外界的阻礙。界的阻礙。 應(yīng)力：拉應(yīng)力或切應(yīng)力應(yīng)力：拉應(yīng)力或切應(yīng)力 影響：應(yīng)力的疊加，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生影響：應(yīng)

9、力的疊加，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生焊件內(nèi)應(yīng)力的組成：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、機(jī)械焊件內(nèi)應(yīng)力的組成：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、機(jī)械阻礙應(yīng)力阻礙應(yīng)力21二、焊接殘余應(yīng)力的分布二、焊接殘余應(yīng)力的分布焊接應(yīng)力的分類：焊接應(yīng)力的分類： 縱向應(yīng)力：沿焊縫方向的應(yīng)力，縱向應(yīng)力：沿焊縫方向的應(yīng)力，x x 。 橫向應(yīng)力：垂直于焊縫方向的應(yīng)力，橫向應(yīng)力：垂直于焊縫方向的應(yīng)力， 。 厚度向應(yīng)力：沿板厚度方向的應(yīng)力，厚度向應(yīng)力：沿板厚度方向的應(yīng)力，z z。薄板：為雙向應(yīng)力，不考慮厚度方向應(yīng)力。薄板：為雙向應(yīng)力，不考慮厚度方向應(yīng)力。厚板：為三向應(yīng)力，考慮厚度方向應(yīng)力。厚板：為三向應(yīng)力，考慮厚度方向應(yīng)力。22（一）縱向殘余應(yīng)力（一）縱向殘余應(yīng)力x

10、 x的分布的分布2324 （二）橫向殘余應(yīng)力（二）橫向殘余應(yīng)力 y y的分布的分布 橫向殘余應(yīng)力的分布情況比較復(fù)雜。它分橫向殘余應(yīng)力的分布情況比較復(fù)雜。它分為兩個(gè)組成部分。其中，一個(gè)是由焊縫及附近為兩個(gè)組成部分。其中，一個(gè)是由焊縫及附近塑性區(qū)的縱向收縮引起的，用塑性區(qū)的縱向收縮引起的，用y 表示；另一個(gè)表示；另一個(gè)是由焊縫及附近塑性區(qū)的橫向收縮的不同時(shí)性是由焊縫及附近塑性區(qū)的橫向收縮的不同時(shí)性引起的，用引起的，用y 表示。表示。 25縱向收縮引起的橫向應(yīng)力縱向收縮引起的橫向應(yīng)力y分布分布焊縫縱向收縮引起的橫向焊縫縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 y的分布的分布26橫向收縮引起的橫向應(yīng)力橫向收

11、縮引起的橫向應(yīng)力y分布分布焊縫橫向收縮不同時(shí)性引起的橫向焊縫橫向收縮不同時(shí)性引起的橫向殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 y的分布的分布27橫殘余向應(yīng)力橫殘余向應(yīng)力沿板寬的沿板寬的分布分布 實(shí)踐證明橫向殘余應(yīng)力實(shí)踐證明橫向殘余應(yīng)力 y主要取決于縱向主要取決于縱向收縮所引起的收縮所引起的y 。28三、減小或消除焊接殘余應(yīng)力的措施三、減小或消除焊接殘余應(yīng)力的措施1.1.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 避免焊縫的交叉和密集；采用對避免焊縫的交叉和密集；采用對接避免搭接；減小結(jié)構(gòu)的剛度。接避免搭接；減小結(jié)構(gòu)的剛度。2.2.選擇合理的工藝及采取必要的措施：選擇合理的工藝及采取必要的措施：小線能量焊接，小線能量焊接，減小

12、受熱范圍；安排合理的焊接順序。減小受熱范圍；安排合理的焊接順序。293.3.焊接殘余應(yīng)力的消除焊接殘余應(yīng)力的消除熱處理、機(jī)械加載、振動（交變載荷）熱處理、機(jī)械加載、振動（交變載荷）機(jī)械拉伸法機(jī)械拉伸法30第二節(jié)第二節(jié) 焊接變形焊接變形 焊接變形：由焊接導(dǎo)致的焊件的形狀尺寸發(fā)生焊接變形：由焊接導(dǎo)致的焊件的形狀尺寸發(fā)生變化。變化。 殘余變形：焊后工件完全冷卻后，遺留下的變殘余變形：焊后工件完全冷卻后，遺留下的變形。形。 整體變形整體變形 局部變形局部變形31一、焊接變形的基本形式一、焊接變形的基本形式收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形32二

13、、影響變形的因素二、影響變形的因素1.1.材料熱物理性能材料熱物理性能 膨脹系數(shù)膨脹系數(shù) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性2.2.工藝因素工藝因素 焊接熱輸入焊接熱輸入 焊接長度焊接長度 坡口形狀、焊縫位置的設(shè)置、結(jié)構(gòu)的剛度、裝焊坡口形狀、焊縫位置的設(shè)置、結(jié)構(gòu)的剛度、裝焊順序等順序等331. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、防止和減少焊接變形的方法三、防止和減少焊接變形的方法34352.2.工藝措施工藝措施 （1 1）反變形法）反變形法 3637（2 2）剛性固定法）剛性固定法 383940（3 3）預(yù)留收縮量）預(yù)留收縮量41（4 4）合理的工藝）合理的工藝 采用熱輸入較小的焊接方法采用熱輸入較小的焊接方法 選擇合適的焊接參

14、數(shù)選擇合適的焊接參數(shù) 合理的施焊順序合理的施焊順序42（5 5）焊接變形的矯正）焊接變形的矯正機(jī)械矯正、火焰矯正、綜合矯正機(jī)械矯正、火焰矯正、綜合矯正1 1）機(jī)械矯正）機(jī)械矯正43442 2）火焰矯正）火焰矯正453 3）綜合矯正）綜合矯正46第三節(jié)第三節(jié) 裂紋裂紋一、焊接裂紋的分類：按形成機(jī)理分主要有熱、冷、再一、焊接裂紋的分類：按形成機(jī)理分主要有熱、冷、再熱、應(yīng)力腐蝕、裂紋和層狀撕裂等。熱、應(yīng)力腐蝕、裂紋和層狀撕裂等。4748495051525354555657 二、熱裂紋二、熱裂紋（一）熱裂紋的形成條件及其特征（一）熱裂紋的形成條件及其特征1.1.熱裂紋的形成條件：熱裂紋的形成條件： 焊

15、縫凝固過程中，在枝晶間存在焊縫凝固過程中，在枝晶間存在低熔共晶的薄層（主低熔共晶的薄層（主要是硫化物偏析）要是硫化物偏析），此時(shí)材料的塑性變形能力很低，在冷，此時(shí)材料的塑性變形能力很低，在冷卻過程中不可避免的產(chǎn)生卻過程中不可避免的產(chǎn)生收縮應(yīng)變（收縮應(yīng)變（），當(dāng)應(yīng)收縮變大，當(dāng)應(yīng)收縮變大于材料此時(shí)的于材料此時(shí)的塑性應(yīng)變（塑性應(yīng)變（minmin）的能力時(shí)，即產(chǎn)生焊接熱的能力時(shí)，即產(chǎn)生焊接熱裂紋。裂紋。 minmin 焊縫在凝固過程中所出現(xiàn)的晶間塑性應(yīng)變能力差的應(yīng)焊縫在凝固過程中所出現(xiàn)的晶間塑性應(yīng)變能力差的應(yīng)變區(qū)間叫做脆性溫度區(qū)，不同材料有不同的脆性溫度區(qū)，變區(qū)間叫做脆性溫度區(qū)，不同材料有不同的脆性溫

16、度區(qū)，溫度區(qū)越大，產(chǎn)生熱裂紋的危險(xiǎn)性越大。溫度區(qū)越大，產(chǎn)生熱裂紋的危險(xiǎn)性越大。58 焊縫在凝固過程中所出現(xiàn)的晶間塑性應(yīng)變焊縫在凝固過程中所出現(xiàn)的晶間塑性應(yīng)變能力差的應(yīng)變區(qū)間叫做脆性溫度區(qū)，不同材料能力差的應(yīng)變區(qū)間叫做脆性溫度區(qū)，不同材料有不同的脆性溫度區(qū)，溫度區(qū)越大，產(chǎn)生熱裂有不同的脆性溫度區(qū)，溫度區(qū)越大，產(chǎn)生熱裂紋的危險(xiǎn)性越大。紋的危險(xiǎn)性越大。592.2.熱裂紋的特征熱裂紋的特征1 1）與液膜有關(guān)的裂紋）與液膜有關(guān)的裂紋凝固（結(jié)晶）裂紋：焊縫中心凝固（結(jié)晶）裂紋：焊縫中心液化裂紋：近縫區(qū)液化裂紋：近縫區(qū)特征：沿晶液膜分離的斷口特征、氧化色彩特征：沿晶液膜分離的斷口特征、氧化色彩2 2）與液膜

17、無關(guān)的熱裂紋）與液膜無關(guān)的熱裂紋高溫失延裂紋：再結(jié)晶延性陡降高溫失延裂紋：再結(jié)晶延性陡降多邊化裂紋：位錯運(yùn)動形成多邊化晶界（亞晶界）多邊化裂紋：位錯運(yùn)動形成多邊化晶界（亞晶界）特征：無液膜分離特征、斷口粗糙不光滑特征：無液膜分離特征、斷口粗糙不光滑60（二）熱裂紋的形成機(jī)理（二）熱裂紋的形成機(jī)理 在在L L相和相和L-SL-S階段不會產(chǎn)生階段不會產(chǎn)生裂紋裂紋 S-LS-L階段易產(chǎn)生裂紋，這一階段易產(chǎn)生裂紋，這一溫度區(qū)間稱為溫度區(qū)間稱為“脆性溫度脆性溫度區(qū)區(qū)”TBTB。TBTB越大，越易產(chǎn)生。越大，越易產(chǎn)生。 S S相階段不會產(chǎn)生相階段不會產(chǎn)生1. 凝固裂紋的形成機(jī)理凝固裂紋的形成機(jī)理61 結(jié)晶

18、裂紋形成條件：結(jié)晶裂紋形成條件： minmin-B B區(qū)間內(nèi)的產(chǎn)生的應(yīng)變量區(qū)間內(nèi)的產(chǎn)生的應(yīng)變量 minmin- - 焊縫的最低延性焊縫的最低延性/ / T T- - -應(yīng)變增長率應(yīng)變增長率62應(yīng)變增長率應(yīng)變增長率/ / T T為直線為直線1 1時(shí)，時(shí)， minmin ，產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生裂紋63T TB B的大小的大小T TB B（拉應(yīng)力作用時(shí)間（拉應(yīng)力作用時(shí)間，應(yīng)變量，應(yīng)變量 ）裂紋裂紋傾向傾向合金材料在合金材料在T TB B 區(qū)間具有的延性區(qū)間具有的延性minmin的大小的大小minmin裂紋傾向裂紋傾向脆性溫度區(qū)內(nèi)的應(yīng)變增長率脆性溫度區(qū)內(nèi)的應(yīng)變增長率 / / T T/ / T T裂紋傾向裂紋

19、傾向冶金因素力學(xué)因素是否產(chǎn)生熱裂紋取決于以下三方面因素：是否產(chǎn)生熱裂紋取決于以下三方面因素：64 材料成分與熱裂紋的敏感性材料成分與熱裂紋的敏感性CSTCST：臨界應(yīng)變增長率，反映與材料成分有關(guān)的：臨界應(yīng)變增長率，反映與材料成分有關(guān)的熱裂紋敏感性指標(biāo)。熱裂紋敏感性指標(biāo)。 CSTCST越大，材料的熱裂紋敏感性越小。越大，材料的熱裂紋敏感性越小。 結(jié)構(gòu)鋼的結(jié)構(gòu)鋼的CST6.5CST6.51010-4-4。 為了防止凝固裂紋，須滿足：為了防止凝固裂紋，須滿足： / / T T CST CST 652. 近縫區(qū)的液化裂紋 在焊接熱循環(huán)峰值溫度的在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，在熱影響區(qū)和多作用下，在熱影

20、響區(qū)和多層焊層間由于含有較多的層焊層間由于含有較多的低熔共晶而被低熔共晶而被重新熔化重新熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶界發(fā)生開裂。氏體晶界發(fā)生開裂。 與偏析造成的共晶反應(yīng)有與偏析造成的共晶反應(yīng)有關(guān)關(guān) 多見于奧氏體鋼和鎳基合多見于奧氏體鋼和鎳基合金：如金：如Ni75Cr15FeNi75Cr15Fe2. 液化裂紋的形成機(jī)理液化裂紋的形成機(jī)理662. 近縫區(qū)的液化裂紋 高溫失延裂紋：溫度低于液相線的無液膜晶間斷裂。高溫失延裂紋：溫度低于液相線的無液膜晶間斷裂。 晶格缺陷發(fā)生移動和聚集，形成二次邊界導(dǎo)致的高溫晶格缺陷發(fā)生移動和聚集，形成二次邊界導(dǎo)致的高溫低塑性造成。因此又叫多

21、邊化裂紋。低塑性造成。因此又叫多邊化裂紋。 開裂模式：楔形開裂、空穴開裂開裂模式：楔形開裂、空穴開裂3. 高溫失延裂紋的形成機(jī)理（多邊化裂紋）高溫失延裂紋的形成機(jī)理（多邊化裂紋）67（三）焊接熱裂紋的影響因素（三）焊接熱裂紋的影響因素1.1.冶金因素對熱裂紋的影響：化學(xué)成分、凝固組冶金因素對熱裂紋的影響：化學(xué)成分、凝固組織形態(tài)織形態(tài)（1 1）化學(xué)成分對熱裂紋的影響）化學(xué)成分對熱裂紋的影響1 1）合金元素對凝固溫度區(qū)的影響）合金元素對凝固溫度區(qū)的影響68熱裂紋的超合金化熱裂紋的超合金化“愈合愈合”69702 2）合金元素的影響）合金元素的影響 S S、P P：易形成低熔點(diǎn)共晶，使凝固溫度區(qū)間增：

22、易形成低熔點(diǎn)共晶，使凝固溫度區(qū)間增大以及形成液態(tài)薄膜，增大結(jié)晶裂紋的傾向。大以及形成液態(tài)薄膜，增大結(jié)晶裂紋的傾向。 C C：影響凝固裂紋的主要元素，并能促使：影響凝固裂紋的主要元素，并能促使S S、P P的偏析的偏析71 MnMn：具有脫硫作用，改善硫化物的分布形態(tài)，：具有脫硫作用，改善硫化物的分布形態(tài)，提高焊縫的抗裂性。提高焊縫的抗裂性。Mn/SMn/S應(yīng)大于應(yīng)大于2222。 合金元素的熱裂紋敏感系數(shù)合金元素的熱裂紋敏感系數(shù)HCSHCS：當(dāng)當(dāng)HCS4HCS4時(shí)，則可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。時(shí)，則可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。72對于奧氏體鋼或合金：對于奧氏體鋼或合金： NiNi：含量高，與：含量高，與S

23、 S、P P形成更低熔點(diǎn)的共晶，熱形成更低熔點(diǎn)的共晶，熱烈紋的傾向更大，特別是烈紋的傾向更大，特別是P P的危害更大。的危害更大。 奧氏體焊縫中，各元素對熱裂紋的敏感系數(shù)：奧氏體焊縫中，各元素對熱裂紋的敏感系數(shù)：當(dāng)當(dāng)HCI15HCI1較好較好77 熔池形狀系數(shù)熔池形狀系數(shù) =B/L=B/L高速焊熱裂紋傾向大：高速焊熱裂紋傾向大：與結(jié)晶有關(guān)，易形成與結(jié)晶有關(guān)，易形成對向晶，雜質(zhì)在會合對向晶，雜質(zhì)在會合面偏析聚集。面偏析聚集。不能太小不能太小78（3 3）拘束度的影響）拘束度的影響降低拘束度可減小焊縫的應(yīng)力作用，減小裂紋傾降低拘束度可減小焊縫的應(yīng)力作用，減小裂紋傾向。向。 合理布置焊縫合理布置焊縫

24、 合理安排施焊順序合理安排施焊順序 厚板焊接應(yīng)以多層焊代替單道焊，減小熱輸入厚板焊接應(yīng)以多層焊代替單道焊，減小熱輸入79（四）防止焊接熱裂紋的措施（四）防止焊接熱裂紋的措施主要是控制焊縫金屬的成分和調(diào)整焊接參數(shù)。主要是控制焊縫金屬的成分和調(diào)整焊接參數(shù)。1.1.焊縫成分的控制焊縫成分的控制（1 1）選擇合適的焊接材料：細(xì)化晶粒）選擇合適的焊接材料：細(xì)化晶粒（2 2）限制有害的雜質(zhì)）限制有害的雜質(zhì) S S、P P：各種材料都必須限制含量：各種材料都必須限制含量 單相奧氏體焊縫：單相奧氏體焊縫：SiSi、NbNb有害，應(yīng)限制含量有害，應(yīng)限制含量 雙相奧氏體焊縫：雙相奧氏體焊縫：SiSi有利，促使有利

25、，促使形成，形成，含含量在量在5%5%左右左右802.2.調(diào)整焊接工藝調(diào)整焊接工藝（1 1）適宜的焊接參數(shù)）適宜的焊接參數(shù)（2 2）控制焊縫金屬成形系數(shù)）控制焊縫金屬成形系數(shù)（3 3）減小熔合比）減小熔合比（4 4）減小拘束度）減小拘束度81三、冷裂紋三、冷裂紋 冷裂紋是焊件在焊接冷卻到室溫附近產(chǎn)生的一種冷裂紋是焊件在焊接冷卻到室溫附近產(chǎn)生的一種裂紋，它是焊接缺陷中最普遍而又極危險(xiǎn)的一種。包裂紋，它是焊接缺陷中最普遍而又極危險(xiǎn)的一種。包括淬火裂紋、氫致裂紋和低塑性脆化裂紋。括淬火裂紋、氫致裂紋和低塑性脆化裂紋。 主要討論氫致裂紋（主要討論氫致裂紋（Hydrogen-induced Cracki

26、ng, HIC）或稱之為延遲裂紋（）或稱之為延遲裂紋（Delayed Cracking）。）。82（一）冷裂紋的形成條件及其特征（一）冷裂紋的形成條件及其特征1.1.形成條件：形成條件：minmin與工件的拘束應(yīng)力有關(guān)。與工件的拘束應(yīng)力有關(guān)。minmin取決于材料的致脆因素，主要是淬硬組織和取決于材料的致脆因素，主要是淬硬組織和氫的作用。氫的作用。 發(fā)生的溫度：發(fā)生的溫度：MsMs以下，室溫附近以下，室溫附近 淬硬傾向較大的鋼種焊接時(shí)容易出現(xiàn)，如中淬硬傾向較大的鋼種焊接時(shí)容易出現(xiàn)，如中C C、高高C C和高強(qiáng)鋼。和高強(qiáng)鋼。832.2.冷裂紋的分布特形態(tài)與特征冷裂紋的分布特形態(tài)與特征焊道下、焊根

27、、焊趾部位易出現(xiàn)冷裂紋。焊道下、焊根、焊趾部位易出現(xiàn)冷裂紋。（1 1）分布形態(tài)）分布形態(tài)8485（2 2）特征）特征1 1）有延遲特征的冷裂紋）有延遲特征的冷裂紋具有延遲特征，焊道下裂紋最為典型。主要是由具有延遲特征，焊道下裂紋最為典型。主要是由于氫的擴(kuò)散導(dǎo)致。又稱氫致裂紋。于氫的擴(kuò)散導(dǎo)致。又稱氫致裂紋。2 2）無延遲特征的冷裂紋）無延遲特征的冷裂紋淬硬傾向大的鋼材，無延遲特征，與淬硬組織有淬硬傾向大的鋼材，無延遲特征，與淬硬組織有關(guān)。稱淬火裂紋。關(guān)。稱淬火裂紋。鑄鐵和硬質(zhì)合金，無延遲性，脆性大造成開裂，鑄鐵和硬質(zhì)合金，無延遲性，脆性大造成開裂，稱低塑性脆化裂紋或應(yīng)力裂紋。稱低塑性脆化裂紋或應(yīng)

28、力裂紋。863 3）斷口特征）斷口特征宏觀上：發(fā)亮金屬光澤，典型的脆性斷裂特征。宏觀上：發(fā)亮金屬光澤，典型的脆性斷裂特征。微觀上：晶間斷裂與穿晶斷裂共存。微觀上：晶間斷裂與穿晶斷裂共存。氫致裂紋：氫致解理斷口，沿晶斷裂特征明顯氫致裂紋：氫致解理斷口，沿晶斷裂特征明顯啟裂點(diǎn)：一般為沿晶斷裂，擴(kuò)展過程是沿晶和穿啟裂點(diǎn)：一般為沿晶斷裂，擴(kuò)展過程是沿晶和穿晶斷裂的混合。晶斷裂的混合。87（二）冷裂紋的形成及延遲機(jī)理（二）冷裂紋的形成及延遲機(jī)理1.1.形成機(jī)理及臨界條件形成機(jī)理及臨界條件三大因素：鋼的淬硬傾向、氫含量及其分布、拘束應(yīng)力三大因素：鋼的淬硬傾向、氫含量及其分布、拘束應(yīng)力的狀態(tài)的狀態(tài)（1 1）

29、氫的作用）氫的作用在延遲裂紋的形成中起主要作用。決定裂紋的延遲特點(diǎn)在延遲裂紋的形成中起主要作用。決定裂紋的延遲特點(diǎn)和斷面上的氫脆開裂特征。和斷面上的氫脆開裂特征。 H H在金屬中的溶解特點(diǎn)：液態(tài)大量溶入；低溫時(shí)溶解度在金屬中的溶解特點(diǎn)：液態(tài)大量溶入；低溫時(shí)溶解度急劇下降，過飽和析出急劇下降，過飽和析出 快速冷卻導(dǎo)致大量快速冷卻導(dǎo)致大量H H被滯留于焊縫金屬中被滯留于焊縫金屬中88 H H的擴(kuò)散：原子半徑小，易于擴(kuò)散的擴(kuò)散：原子半徑小，易于擴(kuò)散濃度擴(kuò)散、相變誘導(dǎo)擴(kuò)散、應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散濃度擴(kuò)散、相變誘導(dǎo)擴(kuò)散、應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散 擴(kuò)散氫：擴(kuò)散氫：-100100范圍，對氫致裂紋起作用范圍，對氫致裂紋起作用100

30、以上以上H逸出金屬，逸出金屬，-100以下以下H的擴(kuò)散受抑的擴(kuò)散受抑制不會出現(xiàn)裂紋制不會出現(xiàn)裂紋89H H在致裂過程中的動態(tài)行為：在致裂過程中的動態(tài)行為：焊縫與母材成分的不同焊縫與母材成分的不同, ,組織轉(zhuǎn)變先后時(shí)間不同導(dǎo)致組織轉(zhuǎn)變先后時(shí)間不同導(dǎo)致熔合線附近氫的富聚。熔合線附近氫的富聚。9091（2 2）鋼材的淬硬傾向）鋼材的淬硬傾向鋼種的淬硬傾向越大，越易產(chǎn)生冷裂紋。與淬硬鋼種的淬硬傾向越大，越易產(chǎn)生冷裂紋。與淬硬相的脆性相關(guān)。相的脆性相關(guān)。 M M：硬、脆，焊接時(shí)近縫區(qū)易過熱，形成粗大：硬、脆，焊接時(shí)近縫區(qū)易過熱，形成粗大M M M M越多，冷裂傾向越大；越多，冷裂傾向越大；C C含量越高，越易形成高含量越高，越易形成高碳碳M M，冷裂傾向加大。，冷裂傾向加大。 低碳低碳M M：較好，自回火作用：較好，自回火作用 組織對裂紋的敏感性由低到高排序：組織對裂紋的敏感性由低到高排序：F F或或P P、B BL L、M ML L、B BU U、B BG G、M MT T。92 碳當(dāng)量93（3 3）拘束應(yīng)力）拘束應(yīng)力內(nèi)拘束應(yīng)力：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力內(nèi)拘束應(yīng)力：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力外拘束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的剛度、受載等條件產(chǎn)生的應(yīng)力外拘束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的剛度、受載等條件產(chǎn)生的應(yīng)力拘束度拘束度R R：描述拘束應(yīng)力的大小，定義為：單位長度焊：描述拘束應(yīng)力的大小，定義為：單