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1、焊接冶金学焊接冶金学- -基本原理基本原理 西安工业大学材化学院 School of Material and Chemical Engineering 第2章 焊接化学冶金 焊接冶金学-基本原理 主讲:惠增哲 王喜锋 西安工业大学材化学院 2012年10月 共4学时 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 内容 5.1焊接裂纹概述 5.2焊接热裂纹 5.3焊接冷裂纹 第5章 焊接裂纹 焊接冶金学-基本原理 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical
2、Engineering 5.1.1 焊接裂纹的危害性 5.1.2 焊接裂纹的分类与一般特征 1.热裂纹 2.冷裂纹 3.再热裂纹 4.层状撕裂 5.应力腐蚀裂纹 5.1 焊接裂纹概述 第5章 焊接裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.1.1 焊接裂纹的危害性 焊接裂纹定义：在焊接应力及其他致脆因素共同作用 下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的 缝隙称为。 焊接裂纹引起脆性断裂 焊接裂纹分析是对焊接 冶金学知识综合检验 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹Schoo
3、l of Material and Chemical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 分类 （1）按裂纹分布的走向分 横向裂纹 纵向裂纹 星形（弧形裂纹） （2） 按裂纹发生部位分 焊缝金属中裂纹 热影响区中裂纹 焊缝热影响区贯穿裂纹 弧坑（火口）裂纹 表面裂纹、内部裂纹等等 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 （3）、按产生本质（产生条件）分类 分为5大类: 焊接热裂纹（结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹 ） 焊接
4、冷裂纹（延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化 裂纹） 再热裂纹 层状撕裂 应力腐蚀裂纹 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 1、热裂纹 产生时期：在焊接过程中焊缝和热影响区金属冷却 到固相线附近的高温区时产生的裂纹。 裂纹走向：裂纹起源与扩展均是沿晶粒边界 产生部位：焊缝为主，及热影响区近缝区 分类： 5.1 焊接裂纹概述 结晶裂纹 高温液化裂纹 多边化裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Che
5、mical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 结晶裂纹：在凝固的过程-结晶过程中产生，残余液 体金属不足而不能及时填充、在应力作用下沿晶开裂 。典型特征：氧化色彩 高温液化裂纹：在高温下产生,近缝区或多层焊的层 间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作 用下,沿奥氏体晶间发生开裂 多边化裂纹：产生温度低于固相线温度,存在晶格缺 陷(位错和空位),物理化学的不均匀性,在应力作用下 ,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边 化边界开裂。 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemica
6、l Engineering HAZ液化裂纹 结 晶 裂 纹 多边化裂纹 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 2、冷裂纹 产生温度：焊后较低温（Ms点附近） 产生部位:多在热影响区,但也有发生在焊缝。 特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性 断裂特征。 裂纹走向：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也 可晶间和穿晶混合断裂。 分类 5.1 焊接裂纹概述 延迟（氢致）裂纹 淬硬脆化裂纹（淬火裂纹） 低塑性脆
7、化裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期（ 扩散氢扩散）产生迟滞现象称延迟裂纹，与淬硬组织 、拘束应力、氢有关。 淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的组织易产 生这种裂纹（与氢含量关系不大），焊后立即出现。 低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下，由于收缩应变 超过了材料本身的塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化 裂纹，无延迟。 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material an
8、d Chemical Engineering 延迟裂纹 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 3、再热裂纹（消除应力 处理裂纹） 温度：(敏感温度如600- 700）由于重新加热（热处 理或高温服役）过程中产生又 称消除应力处理裂纹。 特征：晶界杂质或析出相 位置：一般HAZ粗晶区。 走向：沿晶 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemi
9、cal Engineering 4、层状撕裂 温度：如400以下低温 特征：由于轧制母材内部 存在有分层的夹杂物(特别 是硫化物夹杂物）和焊接 时产生的垂直轧制方向的 应力，使热影响区附近地 方产生呈“台阶”状的层状 断裂 走向：穿晶或沿晶 位置：热影响区附近 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5、应力腐蚀裂纹 特征： 特定介质和拉应 力共同作用下所产生的延 迟破裂现象。如枯树状， 由表面向纵深发展，裂口 的深宽比达到几十至100以 上，细长而
10、又尖锐，分支 明显 温度：任何温度 位置：焊缝及HAZ 走向：沿晶或穿晶 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征 5.1 焊接裂纹概述 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.2 焊接热裂纹 5.2.1 结晶裂纹的形成机理 1.产生部位 2.产生过程 3.产生条件 5.2.2 影响结晶裂纹的因素 1.冶金因素（液态薄膜） 2
11、.应力因素（拉伸应力） 5.2.3 防治结晶裂纹的措施 1.冶金方面 2.工艺方面（减少应力） 第5章 焊接裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 一般特征 WM，HAZ冷却到固相线附近的高温区时所产生 沿晶断裂，高温氧化色彩 断裂的条件：在高温阶段晶间延性或塑性变形能力 min不足以承受凝固过程或高温时冷却过程积累的应 变量占，即 焊接热裂纹概述 5.2焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 高温阶段金属
12、两个脆性温 度区间 与两大类热裂纹 与液膜有关的热裂纹， 固相线TS附近 结晶裂纹，高温液化裂 纹 与液膜无关的热裂纹， 位于奥氏体再结晶温度TR 附近。 高温失延裂纹，多边化 裂纹 焊接热裂纹概述 5.2焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 1、产生部位 沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发 展，沿焊缝中心纵向或晶间开裂 5.2.1 结晶裂纹形成机理 5.2 焊接热裂纹 沿焊缝中心的纵向裂纹焊缝中沿树枝晶界裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and C
13、hemical Engineering 结 晶 裂 纹 5.2.1 结晶裂纹形成机理 5.2 焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2、结晶裂纹的产生过程 （1）过程：在焊缝金属凝固结晶 的后期，低熔点共晶物被排挤在 晶界，形成一种所谓的“液态薄 膜”，在焊接拉应力作用下，就 可能在这薄弱地带开裂，产生结 晶裂纹。 （2）产生结晶裂纹原因： 液态薄膜 拉伸应力 液态薄膜根本原因 拉伸应力必要条件 5.2.1 结晶裂纹形成机理 5.2 焊接热裂纹 1、结晶温度： FeS 1190； Fe3P 11
14、66； 2、低熔点共晶温度： FeSFe 980； Fe3PFe 1050； NiS2Ni 645； Ni3PNi 880； 3、钢的结晶温度约1350 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2、结晶裂纹的产生过程（续） （3）位置：柱状晶交遇的中心部位 柱状晶间隙 弧坑（火口） 5.2.1 结晶裂纹形成机理 5.2 焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2、结晶裂纹的产生过程（续） 5.2.1 结晶裂纹形成
15、机理 固液阶段：有裂纹 固相阶段：无裂纹 （4）结晶过程裂纹倾向分析 结晶的三个阶段 液固阶段：无裂纹 Tb称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较 少的金属, Tb小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产 生裂纹的倾向也大 5.2 焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.2.1 结晶裂纹形成机理 5.2 焊接热裂纹 3 .产生结晶裂纹的条件 e随T按曲线1变化: p min-e=es 0， 即焊缝仍有es的塑 性储备量，不产生 热裂纹 e随T按曲线2变化: e=pmin,即处于临
16、 界状态.临界应变增 长速率CST e随T按曲线3变化: p min-e=es S、P在中溶解度低，析出S、P 集富在晶界上，裂纹 c)、Mn Mn具有脱S作用。抗裂 d)、Si 硅是相形成元素，利于消除结晶裂纹 , Si0.4% 易 形成低熔点的硅酸盐夹杂使裂 （3）凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响 晶粒粗大裂纹的倾向 5.2 焊接热裂纹 焊接冶金学-基本原理 第5章 焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5.2.2 结晶裂纹的影响因素 2、应力因素 产生结晶裂纹的充分条件1： 焊接时脆性温度区内金属的塑性p要小于脆性温度区间 内金属所承受的拉伸应变e，即pe. 产生结晶裂纹的充分条件2： 在焊
