热处理第一张.pptx

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1、6-1概述一、裂纹的危害二、焊接裂纹的分类及一般特征（一）焊接裂纹的分类（二）焊接裂纹的特征 1、热裂纹热裂纹 2、再热裂纹再热裂纹 3、冷裂纹冷裂纹 4、层状撕裂层状撕裂 5、应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹 第二节第1页/共84页一、裂纹的危害焊接裂纹的危害很大，会引起灾难性事故。世界上焊接结构所出现的各种焊接裂纹的危害很大，会引起灾难性事故。世界上焊接结构所出现的各种事故，事故，设计不当、选材不当、运行操作不当占少数，而裂纹引发的脆性断设计不当、选材不当、运行操作不当占少数，而裂纹引发的脆性断裂占大多数裂占大多数。例如：例如：19441944年年1010月美国俄亥俄州煤气公司液化天然气贮罐发生连

2、锁式爆炸，月美国俄亥俄州煤气公司液化天然气贮罐发生连锁式爆炸，造成大火，死亡造成大火，死亡133133人，损失人，损失680680万美元。万美元。19771977年西班牙马德里一台年西班牙马德里一台50005000立方米的煤气球罐发生爆炸，死伤立方米的煤气球罐发生爆炸，死伤1515人。人。19791979年年1212月吉林液化石油气罐爆炸事故造成很大损失。月吉林液化石油气罐爆炸事故造成很大损失。返回第2页/共84页（一）焊接裂纹的分类 1 1、按裂纹的位置分：、按裂纹的位置分：焊缝表面裂纹、内部裂纹，焊缝表面裂纹、内部裂纹，HAZHAZ横向、纵向裂纹，焊缝和焊道下的深埋裂纹，弧坑裂横向、纵向裂

3、纹，焊缝和焊道下的深埋裂纹，弧坑裂纹（火口）。纹（火口）。2 2、按裂纹的本质分：、按裂纹的本质分：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹。热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹。图图5-4 5-4 焊缝的宏观形态及其分布焊缝的宏观形态及其分布返回第3页/共84页返回返回第4页/共84页1 1、热裂纹 焊接时高温下产生的裂纹。焊接时高温下产生的裂纹。分类：分类：结晶裂纹，液化裂纹，多边化裂纹。结晶裂纹，液化裂纹，多边化裂纹。（1 1）结晶裂纹：）结晶裂纹：焊缝结晶过程中，由于凝固金属的收缩，残余液体金属焊缝结晶过程中，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时填充，在应

4、力的作用下沿晶开裂。不足，不能及时填充，在应力的作用下沿晶开裂。敏感区温度：固相线温度以上稍高的温度（固液状态）。敏感区温度：固相线温度以上稍高的温度（固液状态）。特征：特征：在发生裂纹的焊缝断面上可看到氧化色彩。在发生裂纹的焊缝断面上可看到氧化色彩。位置：位置：焊缝中，焊缝中，HAZHAZ（少量）。（少量）。裂纹走向：裂纹走向：沿沿A A晶界。晶界。材质：材质：含含S S、P P、C C、SiSi偏高的低碳钢、低合金钢、单相偏高的低碳钢、低合金钢、单相A A体钢、镍基合金、体钢、镍基合金、AlAl合金。合金。（2 2）高温液化裂纹：）高温液化裂纹：在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属包

5、在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属包含较多的低熔共晶体而被重新熔化，在拉应力的作用下，沿含较多的低熔共晶体而被重新熔化，在拉应力的作用下，沿A A体晶界开裂。体晶界开裂。敏感区温度：敏感区温度：固相线以下稍低温度。固相线以下稍低温度。断裂部位：断裂部位：近缝区或多层焊的层间部位。近缝区或多层焊的层间部位。裂纹走向：裂纹走向：沿沿A A晶界开裂。晶界开裂。材质：材质：铬镍的高强钢，铬镍的高强钢，A A体钢，镍基合金。体钢，镍基合金。下一页第5页/共84页（3）多边化裂纹（如焊道下裂纹）焊接时，焊缝及近缝区在固相线稍下的高温区间，由焊接时，焊缝及近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金

6、属中存在很多晶格缺陷（主要是位错及于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷（主要是位错及空位）及严重的物理及化学的不均匀性，在一定的温空位）及严重的物理及化学的不均匀性，在一定的温度和应力下，由于晶格缺陷的迁移和聚集便形成了二度和应力下，由于晶格缺陷的迁移和聚集便形成了二次边界，即所谓次边界，即所谓“多边化边界多边化边界”，因为边界上堆积了，因为边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以它的组织性能脆弱，高温时强大量的晶格缺陷，所以它的组织性能脆弱，高温时强度及塑性均很差，只要轻微的拉伸应力，就会沿多边度及塑性均很差，只要轻微的拉伸应力，就会沿多边化晶界开裂。化晶界开裂。敏感区温度：敏感区温度：固相线以下再结晶

7、温度。固相线以下再结晶温度。断裂部位：断裂部位：焊缝、近缝区（少量）。焊缝、近缝区（少量）。裂纹走向：裂纹走向：沿晶开裂。沿晶开裂。材质：材质：纯金属及单向纯金属及单向A A体合金。体合金。返回第6页/共84页2、再热裂纹（消应力处理裂纹）（消应力处理裂纹）SRSR 厚板焊接结构中，并采用含有某些沉淀强化合金厚板焊接结构中，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除热应力热处理或在一定元素的钢材，在进行消除热应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接温度下服役的过程中，在焊接HAZHAZ粗晶区部位发生粗晶区部位发生的裂纹的裂纹敏感区温度：敏感区温度：550-650550-650断裂部位

8、断裂部位：HAZHAZ的粗晶部位的粗晶部位裂纹走向：裂纹走向：沿晶开裂沿晶开裂材质：材质：珠光体耐热钢，珠光体耐热钢，A A体不锈钢，某些镍基合金体不锈钢，某些镍基合金返回第7页/共84页3、冷裂纹 焊后冷至较低的温度下产生的焊后冷至较低的温度下产生的 分类：分类：延迟裂纹、淬火裂纹、低塑性脆化裂纹延迟裂纹、淬火裂纹、低塑性脆化裂纹。（1 1）延迟裂纹：）延迟裂纹：有一定的孕育期，在淬硬组织，拘束应力，氢有一定的孕育期，在淬硬组织，拘束应力，氢共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹。共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹。取决因素：钢种的淬硬倾向，焊接接头的应力状态；熔敷金属取决因素：钢种的淬硬倾

9、向，焊接接头的应力状态；熔敷金属的扩散氢量。的扩散氢量。敏感区温度区：敏感区温度区：MsMs点以下点以下断裂位置：断裂位置：HAZHAZ、焊缝（少量）、焊缝（少量）裂纹走向：裂纹走向：穿晶或沿晶穿晶或沿晶材质：材质：中、高碳钢、低，中合金钢中、高碳钢、低，中合金钢下一页第8页/共84页（2 2）淬硬脆化裂纹：（淬火裂纹）淬硬脆化裂纹：（淬火裂纹）焊后立即出现，主要由淬硬组织和焊接应力作用下产生裂纹。焊后立即出现，主要由淬硬组织和焊接应力作用下产生裂纹。取决因素：取决因素：钢淬硬倾向，拘束应力（无钢淬硬倾向，拘束应力（无H H的诱发也可产生）。的诱发也可产生）。敏感温度区：敏感温度区：MsMs点

10、附近。点附近。断裂部位：断裂部位：焊缝区、焊缝区、HAZHAZ裂纹走向：裂纹走向：沿晶、穿晶。沿晶、穿晶。材质：材质：含含C C量较高量较高NiNiCrCrMoMo钢（钢（20Cr12NiMoVW20Cr12NiMoVW）、马氏体）、马氏体不锈不锈 钢，工具钢，异种钢焊接时易出现。钢，工具钢，异种钢焊接时易出现。预防措施：预防措施：预热、焊后热处理、高韧性焊条施焊。预热、焊后热处理、高韧性焊条施焊。（3 3）低塑性脆化裂纹）低塑性脆化裂纹 较低温度下，由于被焊材料的收缩应变超过了材料本身较低温度下，由于被焊材料的收缩应变超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹或材质变脆而产生的裂纹。的塑性储备而产

11、生的裂纹或材质变脆而产生的裂纹。敏感温度区：敏感温度区：T400T400断裂位置：断裂位置：HAZHAZ附近，焊缝附近，焊缝 裂纹走向：裂纹走向：沿晶、穿晶沿晶、穿晶母材：母材：铸铁焊补，硬质合金堆焊和高铸铁焊补，硬质合金堆焊和高CrCr合金的焊接。合金的焊接。返回第9页/共84页4、层状撕裂 钢材内部沿轧制方向存在钢材内部沿轧制方向存在有分层夹杂物（主要有分层夹杂物（主要S S化化物，氧化物），在焊接时，物，氧化物），在焊接时，产生于垂直于轧制方向的产生于垂直于轧制方向的应力致使应力致使HAZHAZ或稍远的地或稍远的地方，产生方，产生“台阶台阶”式层状式层状撕裂。撕裂。敏感温度区：敏感温度区

12、：T400T400断裂位置：断裂位置：HAZHAZ附近附近裂纹走向：裂纹走向：沿晶、穿晶沿晶、穿晶材质：材质：含有杂质的低合金含有杂质的低合金高强钢厚板结构高强钢厚板结构返回第10页/共84页5、应力腐蚀裂纹某些焊接结构（如容器及管边）在腐蚀介质和应力共同作用下（拉伸应力）产生的延某些焊接结构（如容器及管边）在腐蚀介质和应力共同作用下（拉伸应力）产生的延迟开裂。断裂断口为典型脆性断口。迟开裂。断裂断口为典型脆性断口。敏感温度区：敏感温度区：任何工作温度任何工作温度断裂位置：断裂位置：焊缝、焊缝、HAZHAZ裂纹走向：裂纹走向：沿晶开裂沿晶开裂材质：材质：碳钢、低合金钢、不锈钢、碳钢、低合金钢、

13、不锈钢、AlAl合金等合金等P220P220表表5-15-1各种裂纹分类表各种裂纹分类表返回第11页/共84页续表 返回第12页/共84页表头第13页/共84页6-2焊接热裂纹热裂纹分类：结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹。焊接过程中所遇到的热裂纹，主要是结晶裂纹，本章将着重讨论结晶裂纹。一、结晶裂纹形成机理（一）熔池结晶阶段 1 1、液固阶段：（液固阶段：（L+SL+S）2 2、固液阶段（固液阶段（S+LS+L）3 3、完全凝固阶段（完全凝固阶段（S S）TTSTTS（二）产生结晶裂纹的条件（三）产生结晶裂纹的取决因素二、结晶裂纹的影响因素（一）冶金因素 1 1、合金状态图的类型及结晶温度区间合

14、金状态图的类型及结晶温度区间 2 2、MeMe对产生结晶裂纹的影响对产生结晶裂纹的影响 3 3、凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响三、防止结晶裂纹的措施（一）冶金方面的措施（二）工艺方面的措施四、近缝区的液化裂纹（一）液化裂纹的形成机理（二）液化裂纹的影响因素（三）液化裂纹的预防措施（同结晶裂纹）五、多边化裂纹（一）多边化裂纹的特点（二）多边化裂纹的影响因素 第三节第14页/共84页一、结晶裂纹形成机理 裂纹在焊缝中的位置：裂纹在焊缝中的位置：沿焊缝中树枝晶交界处发生（常见沿焊缝中心）有沿焊缝中树枝晶交界处发生（常见沿焊缝中心）有

15、时也发生在焊缝内部两树枝晶体之间。时也发生在焊缝内部两树枝晶体之间。由此可见焊缝结晶的过程中晶界是个薄弱环节，从金属结晶学理论由此可见焊缝结晶的过程中晶界是个薄弱环节，从金属结晶学理论可以知道，先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶界，可以知道，先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶界，而这些杂质所形成的共晶体均为低熔共晶体，在结晶的后期，低熔共晶体而这些杂质所形成的共晶体均为低熔共晶体，在结晶的后期，低熔共晶体被排挤到柱状晶交遇的中心部位，形成所谓的被排挤到柱状晶交遇的中心部位，形成所谓的“液态薄膜液态薄膜”，在，在拉应力拉应力的的作用下产生结晶裂纹。作用下产生结晶裂

16、纹。我们知道结晶裂纹是在焊缝结晶的过程中产生的，但在整个结晶过程中什我们知道结晶裂纹是在焊缝结晶的过程中产生的，但在整个结晶过程中什么阶段产生的裂纹倾向较大呢？下面以低碳钢为例，熔池结晶分三个阶段。么阶段产生的裂纹倾向较大呢？下面以低碳钢为例，熔池结晶分三个阶段。返回第15页/共84页（一）熔池结晶阶段 1、液固阶段：（L+S）熔池开始结晶时仅有少量熔池开始结晶时仅有少量晶核，以后晶核逐渐长大，晶核，以后晶核逐渐长大，出现新的晶核，相邻晶粒出现新的晶核，相邻晶粒之间不发生接触，液态金之间不发生接触，液态金属可以在晶粒之间自由流属可以在晶粒之间自由流动，有拉应力存在时，液动，有拉应力存在时，液体

17、会及时补充，此阶段不体会及时补充，此阶段不会产生裂纹。会产生裂纹。返回第16页/共84页2、固液阶段（S+L）固相固相S S，液相，液相LL，已凝固的固相彼此接触，并且不断倾轧到一起，液体流动困难。，已凝固的固相彼此接触，并且不断倾轧到一起，液体流动困难。这种情况下，由于液态金属少（主要是低熔共晶体），在拉应力的作用下，产生的微小缝隙无法填充，只这种情况下，由于液态金属少（主要是低熔共晶体），在拉应力的作用下，产生的微小缝隙无法填充，只要稍有拉伸力就可能产生裂纹，称这个阶段温度区为要稍有拉伸力就可能产生裂纹，称这个阶段温度区为“脆性温度区脆性温度区”。返回第17页/共84页3、完全凝固阶段（S

18、）T0 P2240 P224图图5-185-18焊接时产生结晶裂纹的条件焊接时产生结晶裂纹的条件2 2eeS S=0 =0 产生裂纹临界点（产生裂纹临界点（e eS S=Pmin-e=Pmin-e）3 3eeS S 0 0 裂纹扩展裂纹扩展返回第19页/共84页第20页/共84页（三）结晶裂纹的取决因素1、脆性温度区Tb的大小Tb-Tb-焊缝收缩产生的拉伸应力作用时间焊缝收缩产生的拉伸应力作用时间-产生的产生的应变量应变量-产生结晶裂纹的倾向产生结晶裂纹的倾向TbTb取因素：取因素：焊缝的化学成份，低熔共晶体的性质，晶粒焊缝的化学成份，低熔共晶体的性质，晶粒大小及方向性等。大小及方向性等。2、

19、脆性温度区金属的塑性TbTb内焊缝的塑性内焊缝的塑性-产生裂纹的倾向性产生裂纹的倾向性。塑性的取决因素：塑性的取决因素：化学成份，偏析程度，晶粒大小，应化学成份，偏析程度，晶粒大小，应变速率。变速率。3、脆性温度区内应变增长率TbTb内当温度内当温度T-T-收缩产生的拉伸应力收缩产生的拉伸应力-应变增长率应变增长率焊缝产生裂纹的倾向焊缝产生裂纹的倾向。应变增长率的取决因素：应变增长率的取决因素：金属膨胀系数，接头的刚度，金属膨胀系数，接头的刚度，焊缝的位置，线能量大小，温度场分布。焊缝的位置，线能量大小，温度场分布。返回第21页/共84页1、合金状态图的类型及结晶温度区间（1 1）结晶温度区）

20、结晶温度区脆性温度区脆性温度区TbTb裂纹倾裂纹倾向向（合金状态图）（合金状态图）（2 2）合金元素）合金元素MeMe脆性温度区脆性温度区TbTb裂纹裂纹倾向倾向，当，当Me%Me%进一步进一步，结晶裂纹倾向，结晶裂纹倾向 返回第22页/共84页2、Me对产生结晶裂纹的影响比较复杂，下面以低碳钢、低合金钢中比较复杂，下面以低碳钢、低合金钢中MeMe对其影响为例。对其影响为例。（1 1）S S、P P Fe+FeS 988 FeO+FeS 940 Fe+FeS 988 FeO+FeS 940 Fe+Fe3P 1050 Fe+Fe3P 1050 形成液态薄膜形成液态薄膜 S S、P%P%裂纹倾向裂

21、纹倾向（2 2）C C 国际上利用国际上利用C C当量来评价钢种焊接性。当量来评价钢种焊接性。C%C%相（相（F-AF-A）S S、P P在在相中的溶解度相中的溶解度相，相，故故S S、P P偏析偏析，S S、P P富集在晶界，裂纹倾向富集在晶界，裂纹倾向。相相 S=0.18%P=2.8%S=0.18%P=2.8%相相 S=0.05%P=0.25%S=0.05%P=0.25%（3 3）MnMn：脱脱S S作用作用 Mn+FesFe+Mns Mn+FesFe+Mns 使使FesFesMnsMns，改变硫化物，改变硫化物的分布的分布 状态状态FesFes由薄膜状由薄膜状球状球状 C0.16%MnC

22、Si0.4%0.4%形成低熔硅酸盐夹杂，裂纹倾向形成低熔硅酸盐夹杂，裂纹倾向。（5 5）TiTi、ZrZr（锆）及稀土元素镧、铈（锆）及稀土元素镧、铈（LaLa、CeCe）能形成高熔点）能形成高熔点的硫的硫 化物、裂纹倾向化物、裂纹倾向（比（比MnMn更好）更好）TiS 2000TiS 20002100 ZrS 21002100 ZrS 2100 La La2 2S S3 3 2000 CeS 2450 2000 CeS 2450（6 6）NiNi 在低合金钢中，在低合金钢中，Ni+NiS 645Ni+NiS 645裂纹倾向裂纹倾向（7 7）O O 能能S S的有害作用形成的有害作用形成Fe-

23、FeS-FeOFe-FeS-FeO三元共晶，使三元共晶，使FeSFeS由薄由薄膜状膜状 变成球状。变成球状。返回第24页/共84页3、凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响（1 1）晶粒越粗大，柱状晶方向越明显，结晶裂）晶粒越粗大，柱状晶方向越明显，结晶裂 纹的倾向纹的倾向，加入细化晶粒的元素，加入细化晶粒的元素TiTi、MoMo、V V、NbNb、AlAl等。等。（2 2）不锈钢焊接时，希望得到）不锈钢焊接时，希望得到+(A+F)+(A+F)，焊缝中，焊缝中含含 少量的少量的相可以细化晶粒，打乱相可以细化晶粒，打乱A A粗大柱状晶粗大柱状晶方方 向性向性抗裂能力（抗裂能力（18-818-8钢）。钢

24、）。返回第25页/共84页（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响焊接时脆性温度区内金属的强度（焊接时脆性温度区内金属的强度（M M）小于脆性温度区金属的承受的拉伸应力）小于脆性温度区金属的承受的拉伸应力，即，即M M 产生裂纹。产生裂纹。即：焊接时脆性温度区内金属的塑性即：焊接时脆性温度区内金属的塑性p p要小于脆性温度区内金属所承受的拉伸应变要小于脆性温度区内金属所承受的拉伸应变e e。返回第26页/共84页（一）冶金方面的措施1 1、控制、控制S S、P P含量含量 S S、P P危害：（危害：（1 1）形成低熔共晶体）形成低熔共晶体 （2 2）偏析）偏析 控制母材、焊材中控制母材、焊材中S

25、S、P P含量含量如低碳钢、低合金钢如低碳钢、低合金钢 S S、PP0.030.030.04%C0.12%0.04%C0.12%高合金钢高合金钢 S S、P0.03%C0.03P0.03%C0.030.06%0.06%一些重要的焊接结构采用碱性焊条及焊剂，有效地控制一些重要的焊接结构采用碱性焊条及焊剂，有效地控制S S、P P的含量的含量裂纹倾向。裂纹倾向。2 2、改善凝固结晶、细化晶粒。、改善凝固结晶、细化晶粒。（1 1）加入细化晶粒元素：）加入细化晶粒元素：MoMo、V V、TiTi、NbNb、ZrZr、AlAl（2 2）不锈钢施焊时，希望得到）不锈钢施焊时，希望得到+（相控制相控制5%5

26、%）返回第27页/共84页（二）工艺方面的措施1 1、焊接工艺及规范、焊接工艺及规范 适当适当EE、ToTo可以可以应变率应变率 裂纹倾向裂纹倾向2 2、接头型式及坡口形式：、接头型式及坡口形式：影响到接头受力状态和结晶条件影响到接头受力状态和结晶条件及热的分布。及热的分布。（1 1）尽量采用对接）尽量采用对接。（2 2）采用多层焊，控制各层的熔深。）采用多层焊，控制各层的熔深。（3 3）接头处避免应力集中（错边、咬边、未焊透）。）接头处避免应力集中（错边、咬边、未焊透）。3 3、焊接次序、焊接次序 尽量使大多数焊缝能在较小的刚度下施焊尽量使大多数焊缝能在较小的刚度下施焊（1 1）对称施焊：分

27、散应力）对称施焊：分散应力，如图如图5-285-28所示所示（2 2）管板与管束焊接采用放射交叉式焊接顺序）管板与管束焊接采用放射交叉式焊接顺序 如图如图5-275-27所示所示返回第28页/共84页返回第29页/共84页（一）液化裂纹的形成机理近缝区的液化裂纹是一种沿近缝区的液化裂纹是一种沿A A体晶界开裂的微裂纹，体晶界开裂的微裂纹，L0.5mmLa.B0.003-0.005%0.003-0.005%产生明显的晶界偏析产生明显的晶界偏析 b.b.形成低熔共晶体形成低熔共晶体 FeFeB 1149B 1149 Ni NiB Ni+NiB Ni+Ni2 2B 1140B 1140 Ni Ni2

28、 2B B3 3+NiB 990+NiB 990（2 2）NiNi：a.a.强烈的强烈的A A体形成元素体形成元素S S、P P的溶解度的溶解度 b.b.形成低熔共晶体形成低熔共晶体 NiNiNiNi3 3S S2 2 645 645 Ni NiNiNi3 3P 880P 880 Ni NiNiNi2 2B 990B 990（3 3）CrCr：含量较低时对裂纹的产生无影响，含量较高：含量较低时对裂纹的产生无影响，含量较高时时 晶界产生偏析产物晶界产生偏析产物 NiNiCrCr共晶共晶13401340，液化液化 裂纹的倾向裂纹的倾向。（三）液化裂纹的预防措施（同结晶裂纹）（三）液化裂纹的预防措施

29、（同结晶裂纹）返回第31页/共84页（一）多边化裂纹的特点 多边化裂纹由于空位，位错的移动和聚集在二次边界上成核。多边化裂纹由于空位，位错的移动和聚集在二次边界上成核。多边化裂纹的特点多边化裂纹的特点1 1、发生在纯金属或单相、发生在纯金属或单相A A体焊缝中，个别情体焊缝中，个别情 况下也应现在况下也应现在HAZHAZ。2 2、裂纹附近常伴随有再结晶晶粒出现、裂纹附近常伴随有再结晶晶粒出现,多边多边 化裂纹迟于再结晶。化裂纹迟于再结晶。3 3、裂纹与晶界液化无关。、裂纹与晶界液化无关。4 4、断口呈现高温低塑性开裂。、断口呈现高温低塑性开裂。返回第32页/共84页（二）多边化裂纹的影响因素

30、多边化所需的时间多边化所需的时间 R R气体常数气体常数 U U多边化过程所需的激活能（决定于合金成分和应力状态）多边化过程所需的激活能（决定于合金成分和应力状态）UU则晶格缺陷移动和聚集越慢（则晶格缺陷移动和聚集越慢（tt），形成化的裂纹时间），形成化的裂纹时间tt，裂纹倾向裂纹倾向。1 1、合金成份的影响 在在Ni-Cr Ni-Cr 合金中加入多边激活能元素合金中加入多边激活能元素MoMo、W W、TiTi、TaTa等可阻止等可阻止多边多边 化过程。化过程。2 2、应力状态的影响 应力应力UUUeUe裂纹倾向裂纹倾向。Ue=U-UUe=U-U Ue Ue有效激活能有效激活能 U U无应力作

31、用时的多边激活能无应力作用时的多边激活能 U U由于应力的作用，减少的多边激活能由于应力的作用，减少的多边激活能3 3、温度的影响 TTtt裂纹倾向裂纹倾向。返回第33页/共84页6-3 焊接冷裂纹一、冷裂纹的特征 二、冷裂纹的形态 三、焊接冷裂纹的机理 1、产生延迟裂纹的三个基本因素产生延迟裂纹的三个基本因素 接头的含接头的含H H量及分布；量及分布；钢种的淬硬倾向；钢种的淬硬倾向；接头中高的残余应力接头中高的残余应力 2、延迟裂纹产生的机理延迟裂纹产生的机理四、冷裂纹的影响因素 1、钢种化学成份的影响钢种化学成份的影响 2、氢的的影响氢的的影响 3、焊接应力的影响焊接应力的影响 4、焊接工

32、艺对冷裂纹的影响焊接工艺对冷裂纹的影响五、冷裂纹的预防措施 1、冶金方面冶金方面 2、工艺方面工艺方面 第四节第34页/共84页一、冷裂纹的特征 1 1、温度：、温度：MsMs附近或更低的温度区间。附近或更低的温度区间。2 2、起源：、起源：HAZHAZ、含、含H H量集中的地方。量集中的地方。3 3、裂纹的走向：沿晶开裂，穿晶开裂、裂纹的走向：沿晶开裂，穿晶开裂 （微观）。（微观）。4 4、出现的时间：焊后立即或延迟出现。、出现的时间：焊后立即或延迟出现。5 5、母材：高、中碳钢，合金结构及钛合金的、母材：高、中碳钢，合金结构及钛合金的 HAZHAZ，厚板多层焊的焊缝区（少量），厚板多层焊的

33、焊缝区（少量）返回第35页/共84页二、冷裂纹的形态 1、焊道下裂纹：形成于熔合线形成于熔合线0.10.10.2mm0.2mm的近缝区。的近缝区。走向：与熔合线平行，不显露于表面。走向：与熔合线平行，不显露于表面。2、缺口裂纹：（根部裂纹和焊趾裂纹）起源于应力集中大的（根部裂纹和焊趾裂纹）起源于应力集中大的缺口部位缺口部位焊趾裂纹：由焊趾表面开始向母材的深处扩展（咬边）。焊趾裂纹：由焊趾表面开始向母材的深处扩展（咬边）。根部裂纹；由根部向焊缝区或穿过粗晶区的焊缝中扩展。根部裂纹；由根部向焊缝区或穿过粗晶区的焊缝中扩展。（WMWM、HAZHAZ）母材：高强钢。母材：高强钢。3、横向裂纹：垂直于熔

34、合线，由熔合线向垂直于熔合线，由熔合线向HAZHAZ和和WMWM扩展显扩展显 露于表面。露于表面。多层焊（厚板）时：距焊缝表面不远的焊缝中，焊缝的层多层焊（厚板）时：距焊缝表面不远的焊缝中，焊缝的层间出现许多横向裂纹，且具有延迟特性。间出现许多横向裂纹，且具有延迟特性。焊接冷裂纹分为：延迟裂纹，淬硬脆化裂纹，低塑性脆化裂焊接冷裂纹分为：延迟裂纹，淬硬脆化裂纹，低塑性脆化裂纹。纹。返回第36页/共84页2、延迟裂纹产生的机理氢聚集在缺陷处（微孔、微夹杂、晶格缺陷）氢聚集在缺陷处（微孔、微夹杂、晶格缺陷）潜伏期（潜伏期（H H浓度浓度达达H HCrCr）开裂（显微裂纹）开裂（显微裂纹）扩展扩展宏观

35、宏观裂纹裂纹开裂（不稳定开裂）开裂（不稳定开裂）关于氢延迟开裂的学说很多：如空穴氢压脆化学说；氢吸附脆化学说；晶格内聚力削弱说。关于氢延迟开裂的学说很多：如空穴氢压脆化学说；氢吸附脆化学说；晶格内聚力削弱说。返回第37页/共84页1、钢种化学成份的影响 常常碳当量的大小间接判断钢的焊接性和裂纹的敏感性，常常碳当量的大小间接判断钢的焊接性和裂纹的敏感性，而且碳当量的公式也在不断地完善。而且碳当量的公式也在不断地完善。碳当量碳当量钢的淬硬倾向，冷裂倾向淬硬后会形成淬硬组织淬硬后会形成淬硬组织低碳低碳M M体：板条状体：板条状M M、MsMs点较高，转变后有自回火作用，点较高，转变后有自回火作用，它

36、不仅具有较高的强度，还具有足够的韧性。它不仅具有较高的强度，还具有足够的韧性。高碳高碳M M体：孪晶体：孪晶M M层状，硬度高，性能脆，对裂纹及氢脆层状，硬度高，性能脆，对裂纹及氢脆敏感较大。敏感较大。大量研究表明：组织对裂纹的敏感性由小到大：大量研究表明：组织对裂纹的敏感性由小到大：F F（P P）下下BB低碳低碳MM上上BB粒状粒状BB岛状岛状M-AM-A组元组元孪孪晶马氏体晶马氏体预防措施：预热，后热，调节线能量，延长预防措施：预热，后热，调节线能量，延长T8/5T8/5淬淬硬倾向。硬倾向。淬硬后会形成晶格缺陷，空格，位错。淬硬后会形成晶格缺陷，空格，位错。空格及位错在应力及热力的不平衡

37、条件下，发生移动和空格及位错在应力及热力的不平衡条件下，发生移动和聚集就形成了裂纹源。聚集就形成了裂纹源。返回第38页/共84页3、焊接应力状态 焊接时的拘束应力：内拘束应力，外拘束应力。焊接时的拘束应力：内拘束应力，外拘束应力。内拘束应力内拘束应力 a a、热应力：、热应力：由于不均匀加热及冷却产生的热应力由于不均匀加热及冷却产生的热应力 取决因素：母材及焊材的物理性能、结构的刚度取决因素：母材及焊材的物理性能、结构的刚度 作用：引起作用：引起H H的聚集，诱发氢致裂纹的聚集，诱发氢致裂纹 b b、组织应力：、组织应力：由相变引起的由相变引起的AFAF、M M时时,F,F、M M比容大，体积

38、膨胀，比容大，体积膨胀，出出 应力松驰。应力松驰。作用：作用：焊后收缩时产生的拉应力焊后收缩时产生的拉应力冷裂纹冷裂纹外拘束应力：外拘束应力：结构的自身拘束条件的造成的应力。结构的自身拘束条件的造成的应力。取决因素：结构的刚度、焊接次序、焊缝长度、位置、负载情况等取决因素：结构的刚度、焊接次序、焊缝长度、位置、负载情况等 拘束度：单位长度的焊缝在根部间隙产生单位长度的位移所需要的拘束度：单位长度的焊缝在根部间隙产生单位长度的位移所需要的力力 R=Eh/L R=Eh/L E E母材的弹性模量（母材的弹性模量（N/mm2N/mm2）L L拘束距离（拘束距离（mmmm）h h板厚板厚 RRRRCrC

39、r产生裂纹产生裂纹 R RCrCr抗裂性抗裂性返回第39页/共84页2、氢的影响HCrHCr产生裂纹的临界含产生裂纹的临界含H H量，取决于钢的化学成分、刚度、预热温度量，取决于钢的化学成分、刚度、预热温度以及冷却条件以及冷却条件（1 1）在焊缝根部产生氢的聚集，使这个区域过早达到临界的氢浓度，）在焊缝根部产生氢的聚集，使这个区域过早达到临界的氢浓度，HHCrHHCr开始产生裂纹开始产生裂纹原因：原因：焊根有应力集中，产生较大的应变，造成位错密集分布，使焊根有应力集中，产生较大的应变，造成位错密集分布，使HwHw增增 高，高匹配时，焊根高，高匹配时，焊根H H的浓度聚集严重。的浓度聚集严重。预

40、防措施预防措施：采用低匹配采用低匹配采用合适的软质焊缝采用合适的软质焊缝H H的聚集的聚集冷裂倾向。冷裂倾向。改变坡口型式改变坡口型式 VX HVX H预热预热 HH（2 2）在）在HAZHAZ熔合线附近产生熔合线附近产生H H的聚集，的聚集，HHCrHHCr开始产生裂纹开始产生裂纹氢在焊缝中的溶解及扩散：扩散氢，固溶氢。氢在焊缝中的溶解及扩散：扩散氢，固溶氢。扩散氢对钢的焊接冷裂纹起直接影响。扩散氢对钢的焊接冷裂纹起直接影响。H H的来源：焊材中的水份；焊件坡口的铁锈及油污；环境的湿度。的来源：焊材中的水份；焊件坡口的铁锈及油污；环境的湿度。HwHw的影响因素：焊条类型，烘干温度，冷却速度。

41、的影响因素：焊条类型，烘干温度，冷却速度。第40页/共84页（3）氢在致裂过程中的动态行为氢的溶解度氢的溶解度 HHA AHHF F氢的扩散速度：氢的扩散速度：F F、PSPS托氏体托氏体MAMAa a、焊接低碳钢：、焊接低碳钢：HH由焊缝向由焊缝向HAZHAZ扩散扩散原因：焊缝的原因：焊缝的C%C%母材，焊缝在较高的温度时（母材，焊缝在较高的温度时（TAFTAF）就产生）就产生AF+PAF+P的相变，此时近缝区由于含的相变，此时近缝区由于含C C量较高，相变尚未进行，仍量较高，相变尚未进行，仍为为A A体组织（含体组织（含C C量高，相变滞后）。当焊缝由量高，相变滞后）。当焊缝由AF+PAF

42、+P时，氢的溶时，氢的溶解度会突然下降，而氢在解度会突然下降，而氢在F F、P P中的扩散速度较快。因此，氢就通中的扩散速度较快。因此，氢就通过熔合线向尚未发生分解的过熔合线向尚未发生分解的A A体体HAZHAZ扩散，由于氢在扩散，由于氢在A A中扩散速度中扩散速度小，因此熔合线形成了富小，因此熔合线形成了富H H带，而滞后的带，而滞后的HAZHAZ相变由相变由AMAM时氢便以时氢便以饱和状态残留在饱和状态残留在M M体中，使这一地区进一步脆化产生焊趾裂纹，焊体中，使这一地区进一步脆化产生焊趾裂纹，焊道下裂纹及根部裂纹。道下裂纹及根部裂纹。b b、焊接某些高强钢时，由于焊缝合金成份复杂，、焊接

43、某些高强钢时，由于焊缝合金成份复杂，HAZHAZ相变先于焊相变先于焊缝，故缝，故H H由由HAZHAZ向焊缝扩散，则延迟裂纹在向焊缝扩散，则延迟裂纹在WMWM中产生。中产生。返回第41页/共84页4、焊接工艺对冷裂纹的影响（1）焊接线能量的影响E E过大：过大：HAZHAZ过热，晶粒粗大，焊接接头的抗裂性过热，晶粒粗大，焊接接头的抗裂性。E E过小：过小：t t8/58/5及及 t t100100使使HAZHAZ淬硬，不利淬硬，不利H H的逸出，冷裂倾向的逸出，冷裂倾向。（2）预热的影响预热温度选择：选择合理的预热温度可防止冷裂纹，但预预热温度选择：选择合理的预热温度可防止冷裂纹，但预 热温度

44、不能过高：过高时，一方面恶化了劳动条件；另一方热温度不能过高：过高时，一方面恶化了劳动条件；另一方面在局部预热条件下，由于产生附加应力反而面在局部预热条件下，由于产生附加应力反而冷裂倾向。冷裂倾向。预热温度计算公式：（整体预热公式）预热温度计算公式：（整体预热公式）预热的宽度及方法（局部）预热的宽度及方法（局部）宽度：宽度：33且且100100（坡口两侧）（坡口两侧）加热方法：电热板（履带式）加热器，专用火焰加热器。加热方法：电热板（履带式）加热器，专用火焰加热器。第42页/共84页（3）焊后后热的影响 后热的作用后热的作用 a a、使、使H H充分逸出充分逸出HwHw b b、残余应力（不产

45、生附加拉伸应力）残余应力（不产生附加拉伸应力）冷裂冷裂倾向倾向 c c、改善组织、改善组织淬硬性淬硬性 d d、适当、适当预热温度预热温度ToTo、代替中间热处理。、代替中间热处理。后热温度的计算（碳钢、低合金钢、低温钢）经验公式。后热温度的计算（碳钢、低合金钢、低温钢）经验公式。（4）多层焊的影响 后层对前层有消氢处理后层对前层有消氢处理 改善前层焊缝及改善前层焊缝及HAZHAZ组织组织淬硬倾向淬硬倾向 多层焊多层焊ToTo 预热温度预热温度注意：多层焊时应尽量控制层温及后热，否则由于注意：多层焊时应尽量控制层温及后热，否则由于H H量的逐量的逐层积累和产生弯曲而带来根部的应力集中，冷裂倾反

46、而增层积累和产生弯曲而带来根部的应力集中，冷裂倾反而增大。大。返回第43页/共84页1、冶金方面（1）母材选用：采用低碳，多种微量元素，从而采用低碳，多种微量元素，从而PcmPcm而而抗裂性抗裂性能。能。（2）焊材及焊接方法的选用：尽量选用低氢的焊接方法；严格控制尽量选用低氢的焊接方法；严格控制H H的来源；用微量合金元素的来源；用微量合金元素来改善焊缝的韧性；采用低匹配焊材。来改善焊缝的韧性；采用低匹配焊材。选用优质低氢焊材及低氢焊接工艺：选用优质低氢焊材及低氢焊接工艺：冷裂倾向冷裂倾向 a a、低匹配焊条、低匹配焊条 b b、低氢工艺，如、低氢工艺，如COCO2 2焊可获得低氢焊缝焊可获得

47、低氢焊缝严格控制严格控制H H的来源的来源 a a、焊材应烘干、焊材应烘干 b b、焊材烘干之后要妥善保存：放在保温筒里随取随用、焊材烘干之后要妥善保存：放在保温筒里随取随用 c c、清除坡口两侧、焊丝的油污及铁锈、清除坡口两侧、焊丝的油污及铁锈 d d、湿度过大时（、湿度过大时（90%90%）禁止施焊）禁止施焊适当加入适当加入TiTi、V V、NbNb、MoMo、B B等等Me-Me-焊缝的韧性焊缝的韧性-冷裂倾向。冷裂倾向。返回第44页/共84页2、工艺方面（1 1）选择合适线能量）选择合适线能量（2 2）选择合理的预热温度及后热温度及焊）选择合理的预热温度及后热温度及焊 后热处理后热处理

48、（3 3）选择合理的施焊顺序）选择合理的施焊顺序（4 4）严格控制层间温度）严格控制层间温度第三节到此结束 返回 第四节开始第45页/共84页6-4再热裂纹一、再热裂纹的特征 二、再热裂纹产生的机理（一）晶界杂质析集弱化作用（二）晶内沉淀强化作用（三）蠕变断裂理论三、再热裂纹的影响因素及其预防措施（一）冶金因素（二）焊接工艺方向的因素 第五节第46页/共84页一、再热裂纹的特征 1 1、产生于焊接、产生于焊接HAZHAZ的粗晶区，的粗晶区，裂纹是沿熔合线的裂纹是沿熔合线的A A粗晶晶界扩粗晶晶界扩展，裂纹不一定连续，遇细晶区停止。展，裂纹不一定连续，遇细晶区停止。2 2、进行消应力之前，焊接区

49、的残余应力与应力集中并存、进行消应力之前，焊接区的残余应力与应力集中并存，否，否则则 不会产生。不会产生。K-K-产生再热裂纹所需要的临界应力产生再热裂纹所需要的临界应力CrCr-再热裂纹倾向再热裂纹倾向。3 3、产生热裂纹与再热温度与再热时间有关、产生热裂纹与再热温度与再热时间有关，存在一个最易产，存在一个最易产生裂纹的敏感温度区。生裂纹的敏感温度区。再热温度与裂纹率再热温度与裂纹率C CR R及临界及临界CODCOD的关系的关系 P266P266图图5-765-76。再热温度与应力松驰断裂断裂时间再热温度与应力松驰断裂断裂时间tftf的关系的关系P266P266图图5-775-77。对于再

50、热裂纹的敏感温度都表现出最小的对于再热裂纹的敏感温度都表现出最小的CODCOD和最短的断裂和最短的断裂时时 间间t tf f。低合金高强钢，敏感温度区：低合金高强钢，敏感温度区：500-700500-700。4 4、含有一定沉淀强化元素的金属材料有产生再热裂纹的敏感、含有一定沉淀强化元素的金属材料有产生再热裂纹的敏感 性，性，普通碳素钢和固溶强化的金属材料一般不会产生。普通碳素钢和固溶强化的金属材料一般不会产生。返回第47页/共84页返回第48页/共84页返回第49页/共84页二、再热裂纹产生的机理 在焊后热处理时，残余应力松驰的过程中，粗晶区的应在焊后热处理时，残余应力松驰的过程中，粗晶区的