1、第二節(jié) 焊接熱裂紋,一、結(jié)晶裂紋形成機理,焊接熱裂紋,一、結(jié)晶裂紋形成機理,1.形成結(jié)晶裂紋的內(nèi)因：液態(tài)薄膜 必要條件：拉伸應(yīng)力,2.結(jié)晶裂紋形成階段： a.液固階段 b.固液階段 c.完全凝固階段 a,一、結(jié)晶裂紋形成機理,熔池結(jié)晶的階段及脆性溫度區(qū),一、結(jié)晶裂紋形成機理,3.形成結(jié)晶裂紋的條件,焊接時產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件,一、結(jié)晶裂紋形成機理,決定條件： a.TB的大小 b.脆性溫度區(qū)內(nèi)金屬的塑性 c.在脆性溫度區(qū)內(nèi)的應(yīng)變增長率,二、結(jié)晶裂紋的影響因素,1、合金狀態(tài)圖的類型和結(jié)晶溫度區(qū)間,結(jié)晶溫度區(qū)間與裂紋傾向的關(guān)系,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,合金狀態(tài)圖與結(jié)晶裂紋傾向的關(guān)系,2.合

2、金元素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,（1）硫化磷,各合金元素對鐵結(jié)晶溫度區(qū)間的影響,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,鋼中各元素的偏析系數(shù),（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,（2）碳,硫和磷的濃度,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,（3）錳,Fe-C平衡相圖的高溫部分,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,Mn、C、S同時存在時對結(jié)晶裂紋的影響,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,（5）鈦、鋯和稀土,能形成高熔點的硫化物,（6）鎳,易與硫形成低熔點共晶,（7）氧,（）硅,形成相的元素,3.凝固結(jié)晶組織形態(tài)對結(jié)晶裂紋的影響,（一）冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,相在

3、奧氏體基底上的分布,（二）力學(xué)因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響,冶金因素是必要條件而產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的充分條件是有力的作用。,金屬強度隨溫度的變化和拉伸應(yīng)力的關(guān)系,三、防治結(jié)晶裂紋的措施,（一）、冶金因素方面,1.控制焊縫中的硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量,2.改善焊縫凝固結(jié)晶、細化晶粒 不銹鋼焊接，希望得到的相,三、防治結(jié)晶裂紋的措施,（二）、工藝因素方面,1.適當增加焊接線能量和提高預(yù)熱溫度,2.接頭形式,3.焊接次序,三、防治結(jié)晶裂紋的措施,接頭形式對裂紋傾向的影響,三、防治結(jié)晶裂紋的措施,鍋爐管板與管束的焊接次序,對稱焊接法舉例,第三節(jié) 焊接冷裂紋,一、冷裂紋的危害性及其一般特征,（一）、冷裂紋的危害

4、性,炸毀的球罐,一、冷裂紋的危害性及其一般特征,（二）、冷裂紋的一般特征,14MnMoVN鋼根部冷裂紋,二、冷裂紋的種類,（一）、焊趾裂紋,焊趾裂紋A及焊道下裂紋B,二、冷裂紋的種類,（二）、焊道下裂紋,焊道下延遲裂紋,二、冷裂紋的種類,（三）、根部裂紋,根部裂紋,三、焊接冷裂紋的機理,（一）、鋼種的淬硬傾向,1.形成脆硬的馬氏體組織組織對裂紋的敏感性排序：F/PBLMLBuBgM-AMT,三、焊接冷裂紋的機理,2.淬硬會形成更多的晶格缺陷 空位和位錯，在應(yīng)力和熱力不平衡條件下，空位位錯會發(fā)生聚集，濃度達到臨界值時，會形成裂紋。,三、焊接冷裂紋的機理,（二）氫的作用 研究表明，焊接接頭含氫量越

5、高，裂紋的敏感性越大，當局部地區(qū)的含氫量達到某一臨界值時，開始出現(xiàn)裂紋。 鋼中的氫分為殘余氫和擴散氫，在MS點以下產(chǎn)生冷裂紋，較高溫度下的氫已擴散，因此在較低溫度下的擴散氫才具有致裂作用。,三、焊接冷裂紋的機理,碳當量與臨界含氫量的關(guān)系,三、焊接冷裂紋的機理,1.氫的來源及焊縫中的含氫量,2.金屬組織對氫擴散的影響,三、焊接冷裂紋的機理,氫在鐵中的溶解度及在不同組織的鋼中擴散速度,三、焊接冷裂紋的機理,3.氫在致裂過程中的動態(tài)行為,高強鋼HAZ延遲裂紋的形成過程,三、焊接冷裂紋的機理,4.延遲裂紋的開裂機理,延遲斷裂時間與應(yīng)力的關(guān)系,（1）充氫鋼拉伸試驗,三、焊接冷裂紋的機理,（2）延遲裂紋與

6、溫度的關(guān)系,（3）不同的鋼種氫的擴散速度不同,（4）應(yīng)力擴散理論,金屬內(nèi)部缺陷提供裂源，應(yīng)力作用下開裂。,三、焊接冷裂紋的機理,氫致裂紋的擴展過程,三、焊接冷裂紋的機理,（三）焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài),1.不均勻加熱及冷卻過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力,2.金屬相變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力,3.結(jié)構(gòu)自身拘束條件所造成的應(yīng)力,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,（一）鋼種的化學(xué)成分的影響,采用低碳和添加多種微量合金元素開發(fā)的低合金高強鋼，HAZ為低碳貝氏體、低碳馬氏體和自回火馬氏體。,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,（二）拘束應(yīng)力的影響,（三）氫的有害影響,HT80鋼對接接頭熔合線及焊根處的塑性應(yīng)變,四、影響焊

7、接冷裂紋的主要因素及其防治,無預(yù)熱及無后熱焊后10min擴散氫聚集濃度與原始氫濃度之比的分布情況,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,氫氣泡逸出的動態(tài)過程,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,（四）焊接工藝對冷裂紋的影響,1.焊接線能量對冷裂紋的影響,2.預(yù)熱的影響,3.焊后后熱的影響,4.多層焊的影響,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,（五）防止冷裂紋的途徑,1.冶金方面,母材：采用低碳多種微量合金元素強化；精煉降低雜質(zhì)。,焊接本身：選用優(yōu)質(zhì)低氫焊材和低氫焊接方法。,四、影響焊接冷裂紋的主要因素及其防治,2.工藝方面,制定正確的施工程序、選擇合適的焊接線能量、預(yù)熱溫度、焊后后熱及焊后

8、熱處理。,第四節(jié) 再熱裂紋,一、再熱裂紋的主要特征,1.發(fā)生在HAZ的粗晶部位呈晶間開裂。,2.消應(yīng)力前焊接區(qū)存在較大的殘余應(yīng)力和不同程度的應(yīng)力集中。,3.存在一個最敏感的溫度區(qū)間。,4.含有一定沉淀強化元素的金屬材料具有再熱裂紋的敏感性。,18MnMoNb鋼的再熱裂紋,二、再熱裂紋的機理,（一）晶界雜質(zhì)析集弱化作用,研究表明，再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動導(dǎo)致微裂而產(chǎn)生和發(fā)展的。,焊后熱處理時，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動變形量超過該部位的塑性變形能力。,雜質(zhì)含量對ec的影響 磷對臨界COD的影響,二、再熱裂紋的機理,（二）晶內(nèi)沉淀強化作用,沉淀相一次加熱固溶，二次再熱在

9、晶內(nèi)析出導(dǎo)致晶內(nèi)強化。,（三）蠕變斷裂理論,三、再熱裂紋的影響因素及其防治,（一）冶金因素,1.化學(xué)成分對再熱裂紋的影響隨鋼種的不同而差異,2.鋼的晶粒度對再熱裂紋的影響,Cr、Mo含量對SR的影響 V、Nb、Ti對SR的影響,三、再熱裂紋的影響因素及其防治,3.焊接接頭不同部位和缺口效應(yīng)對SR的影響,缺口位置與再熱裂紋的關(guān)系,三、再熱裂紋的影響因素及其防治,（二）工藝因素,1.焊接方法的影響,2.預(yù)熱及后熱的影響,3.選用低匹配的焊材,4.降低殘余應(yīng)力、避免應(yīng)力集中,第五節(jié) 層狀撕裂,一、層狀撕裂的主要特征及危害性,特征：1.內(nèi)部低溫開裂,2.呈階梯狀擴展,3.平臺+剪切壁,4.易在T形接頭

10、和角接接頭出現(xiàn),5.在焊接接頭的焊根和焊趾處,（一）層狀撕裂的形成機理,（二）影響因素,二、層狀撕裂的形成機理及影響因素,1.非金屬夾雜的種類、數(shù)量和分布形態(tài),夾雜物的體積比；夾雜物的累積長度,2.Z向拘束應(yīng)力,3.氫的影響 冷裂誘發(fā)引起,三、層狀撕裂判據(jù),（一）Z向拉伸斷面收縮率不小于15%,（二）插銷Z向應(yīng)力判據(jù) 與碳當量、氫含量及硫含量有關(guān),四、防止層狀撕裂的措施,（一）選用具有抗層狀撕裂的鋼材,1.精煉鋼,2.控制硫化物夾雜的形態(tài),1.盡量避免單側(cè)焊縫，緩和根部應(yīng)力狀態(tài),（二）設(shè)計和工藝上的措施,2.強度允許情況下，采用焊接量少的焊 縫代替焊接量多的焊縫,3.在承受Z向應(yīng)力的一側(cè)開坡口,4.預(yù)先焊打底焊縫，緩和Z向應(yīng)力,5.采取防冷裂措施,改變接頭型式防止層狀撕裂,第六節(jié) 應(yīng)力腐蝕裂紋,一、應(yīng)力腐蝕裂紋的危害性,在腐蝕介質(zhì)及有拉應(yīng)力存在時，應(yīng)力腐蝕裂紋造成嚴重的失效事故,（一）應(yīng)力腐蝕裂紋的分布,二、應(yīng)力腐蝕裂紋的特征,焊縫SCC表面分布 金屬內(nèi)部SCC分布,（二）SCC開裂途徑,奧氏體不銹鋼不同介質(zhì)中的SCC開裂,（三）SCC產(chǎn)生與應(yīng)力,三、產(chǎn)生SCC的機理,（一）電化學(xué)應(yīng)力腐蝕開裂機理1.陽極溶解腐蝕開裂 APC2.陰極氫脆開裂