1、6.3 焊接冷裂紋6.3.1冷裂紋的危害性及其一般特征冷裂紋的危害性 焊接裂紋不僅造成設(shè)備的損失，更重要的是直接威脅人的生命安全。冷裂紋的一般特征 裂紋在Ms點(diǎn)附近或更低溫度區(qū)間逐漸產(chǎn)生；裂紋起源多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的熱影響區(qū)或物理化學(xué)不均勻的氫聚集的局部地帶；裂紋擴(kuò)展或沿晶或穿晶，取決于組織、應(yīng)力狀態(tài)和氫含量等。 冷裂紋可以焊后立即出現(xiàn)，也有要經(jīng)過一段時(shí)間才出現(xiàn)6.3.2 冷裂紋的種類延遲裂紋可分為以下三種：1）焊趾裂紋2）焊道下裂紋3）根部裂紋ABA焊趾裂紋及B焊道下裂紋6.3.3 焊接冷裂紋的機(jī)理 大量實(shí)踐和理論研究證明，鋼種的淬硬傾向、焊接接頭焊氫量及其分布，以及接頭所承受的拘束英里狀

2、態(tài)是高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋產(chǎn)生的三大要素。鋼種的淬硬傾向 淬硬引起開裂的原因：形成淬硬的馬氏體組織 焊接條件下形成的M是一脆硬組織，發(fā)生斷裂消耗能量較低，裂紋易形成和擴(kuò)展。但不同成分和形態(tài)的M，對裂紋的敏感性是不同的。組織對裂紋敏感性順序 F或PBLMLBuBgM-AMT淬硬會形成更多的晶格缺陷氫的作用 氫是引起高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋重要因素之一，并具有延遲特性。 試驗(yàn)研究表明，含氫量越高，裂紋敏感性越大，當(dāng)局部地區(qū)的含氫量超過某一臨界值Hcr時(shí)，便開始出現(xiàn)裂紋。 Hcr與鋼的化學(xué)成分、剛度、預(yù)熱溫度及冷卻條件有關(guān)。碳當(dāng)量與臨界含氫量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)證明焊縫氫含量中的擴(kuò)散氫對冷裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起決定作用，實(shí)際

3、上只有在較低溫度下的擴(kuò)散氫才具有致裂作用。這部分?jǐn)U散氫稱為“殘余擴(kuò)散氫HR”。 焊接高強(qiáng)鋼冷至100附近時(shí)，氫在某些部位發(fā)生聚集而起致裂作用，因此冷至100時(shí)的殘余擴(kuò)散氫HR100才是致裂的有效氫含量。 確定HR100 有兩個(gè)途徑： 實(shí)測；根據(jù)Fick擴(kuò)散定律建立方程求解。氫在形成冷裂紋過程中的作用： 氫的來源及焊縫中的含氫量 焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹、油污，以及環(huán)境濕度等是焊縫中富集氫的來源。 金屬組織對擴(kuò)散氫的影響 氫在不同組織中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同。 氫在奧氏體中的溶解度遠(yuǎn)比鐵素體高，且隨溫度增高而增加；氫在奧氏體中擴(kuò)散速度比在鐵素體中慢。 氫在致裂過程中的動(dòng)態(tài)行為 延遲裂紋

4、開裂機(jī)理 充氫鋼拉伸延遲斷裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 裂紋的延遲出現(xiàn)與溫度密切相關(guān)，鋼中延遲破壞只是在一定的溫度區(qū)間發(fā)生（-100100），溫度過高氫易逸出， 溫度太低則氫擴(kuò)散 受到抑制。氫在不同鋼種的擴(kuò)散速度不同 氫在低碳鋼中擴(kuò)散速度很快，焊接時(shí)大部分氫可逸出金屬；高合金鋼種氫的擴(kuò)散速度很小，溶解度大，不會在局部聚集；只有在高中碳鋼、低合金鋼氫的擴(kuò)散速度既來不及逸出，也不能完全抑制，易在內(nèi)部聚集，具有延遲裂紋傾向。 氫的應(yīng)力擴(kuò)散理論：金屬內(nèi)部的缺陷（包括微孔、夾雜、晶格缺陷）提供潛在的裂源，在應(yīng)力作用下，微觀缺陷的前沿形成三向應(yīng)力區(qū)，誘使氫向該處擴(kuò)散并聚集。當(dāng)氫的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，一方面產(chǎn)生較大的應(yīng)力，

5、另一方面阻礙位錯(cuò)移動(dòng)而脆化，當(dāng)應(yīng)力進(jìn)一步加大時(shí)，促使缺陷擴(kuò)展形成裂紋。 電解滲氫的鋼絲加載試驗(yàn)和W.F.Savage等人觀察形成裂紋時(shí)氣泡的逸出情況說明應(yīng)力擴(kuò)散理論的合理性。 用應(yīng)力擴(kuò)散理論可解釋試驗(yàn)現(xiàn)象。焊接接頭應(yīng)力狀態(tài) 焊接條件下主要由以下幾種應(yīng)力：不均勻加熱冷卻過程產(chǎn)生的熱應(yīng)力金屬相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力結(jié)構(gòu)自身拘束條件所造成的應(yīng)力 上述三種應(yīng)力都與各種條件拘束有關(guān)，三種應(yīng)力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力?？煞譃椤皟?nèi)拘束應(yīng)力”（熱應(yīng)力和相變應(yīng)力）和“外拘束應(yīng)力”（結(jié)構(gòu)剛度、焊接順序、受載情況等造成的應(yīng)力）。 焊接拘束應(yīng)力的大小決定于拘束度R 拘束度R：單位焊縫長度，在根部間隙生產(chǎn)單位長度的彈性位移所

6、需要的力。 可見，改變拘束距離L和板厚，可以調(diào)節(jié)拘束度R的大小。L、，R，當(dāng)R 達(dá)到一定程度時(shí)，就產(chǎn)生裂紋，即 Rcr；Rcr越大，表示接頭的抗裂性越強(qiáng)。 實(shí)際上拘束度反映了不同焊接條件下，焊接接頭所承受拘束應(yīng)力的程度。 預(yù)測某結(jié)構(gòu)各部位的焊接拘束應(yīng)力比較困難，采用拘束度作為預(yù)測拘束應(yīng)力的橋梁比較方便。 同樣鋼種和同樣板厚，由于接頭的坡口型式不同，即使拘束度相同，也會產(chǎn)生不同的拘束應(yīng)力。 當(dāng)拘束應(yīng)力達(dá)到臨界值cr時(shí)，產(chǎn)生裂紋。臨界值cr反映了產(chǎn)生延遲裂紋各種因素共同作用的結(jié)果（鋼的化學(xué)成分、接頭的含氫量、冷卻速度和應(yīng)力狀態(tài)），所以，臨界值cr可作為評價(jià)冷裂紋敏感性判據(jù)。 利用TRC、RRC和插銷試驗(yàn)可定量確定產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)力。日本IL委員會通過插銷試驗(yàn)建立的經(jīng)驗(yàn)公式國產(chǎn)低合金鋼抗裂試驗(yàn)