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1、第二节 焊接热裂纹,一、结晶裂纹形成机理,焊接热裂纹,一、结晶裂纹形成机理,1.形成结晶裂纹的内因：液态薄膜 必要条件：拉伸应力,2.结晶裂纹形成阶段： a.液固阶段 b.固液阶段 c.完全凝固阶段 a,一、结晶裂纹形成机理,熔池结晶的阶段及脆性温度区,一、结晶裂纹形成机理,3.形成结晶裂纹的条件,焊接时产生结晶裂纹的条件,一、结晶裂纹形成机理,决定条件： a.TB的大小 b.脆性温度区内金属的塑性 c.在脆性温度区内的应变增长率,二、结晶裂纹的影响因素,1、合金状态图的类型和结晶温度区间,结晶温度区间与裂纹倾向的关系,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,合金状态图与结晶裂纹倾向的关系,2.合
2、金元素对产生结晶裂纹的影响,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,（1）硫化磷,各合金元素对铁结晶温度区间的影响,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,钢中各元素的偏析系数,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,（2）碳,硫和磷的浓度,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,（3）锰,Fe-C平衡相图的高温部分,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,Mn、C、S同时存在时对结晶裂纹的影响,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,（5）钛、锆和稀土,能形成高熔点的硫化物,（6）镍,易与硫形成低熔点共晶,（7）氧,（）硅,形成相的元素,3.凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响,（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响,相在
3、奥氏体基底上的分布,（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响,冶金因素是必要条件而产生结晶裂纹的充分条件是有力的作用。,金属强度随温度的变化和拉伸应力的关系,三、防治结晶裂纹的措施,（一）、冶金因素方面,1.控制焊缝中的硫、磷、碳等有害杂质的含量,2.改善焊缝凝固结晶、细化晶粒 不锈钢焊接，希望得到的相,三、防治结晶裂纹的措施,（二）、工艺因素方面,1.适当增加焊接线能量和提高预热温度,2.接头形式,3.焊接次序,三、防治结晶裂纹的措施,接头形式对裂纹倾向的影响,三、防治结晶裂纹的措施,锅炉管板与管束的焊接次序,对称焊接法举例,第三节 焊接冷裂纹,一、冷裂纹的危害性及其一般特征,（一）、冷裂纹的危害
4、性,炸毁的球罐,一、冷裂纹的危害性及其一般特征,（二）、冷裂纹的一般特征,14MnMoVN钢根部冷裂纹,二、冷裂纹的种类,（一）、焊趾裂纹,焊趾裂纹A及焊道下裂纹B,二、冷裂纹的种类,（二）、焊道下裂纹,焊道下延迟裂纹,二、冷裂纹的种类,（三）、根部裂纹,根部裂纹,三、焊接冷裂纹的机理,（一）、钢种的淬硬倾向,1.形成脆硬的马氏体组织组织对裂纹的敏感性排序：F/PBLMLBuBgM-AMT,三、焊接冷裂纹的机理,2.淬硬会形成更多的晶格缺陷 空位和位错，在应力和热力不平衡条件下，空位位错会发生聚集，浓度达到临界值时，会形成裂纹。,三、焊接冷裂纹的机理,（二）氢的作用 研究表明，焊接接头含氢量越
5、高，裂纹的敏感性越大，当局部地区的含氢量达到某一临界值时，开始出现裂纹。 钢中的氢分为残余氢和扩散氢，在MS点以下产生冷裂纹，较高温度下的氢已扩散，因此在较低温度下的扩散氢才具有致裂作用。,三、焊接冷裂纹的机理,碳当量与临界含氢量的关系,三、焊接冷裂纹的机理,1.氢的来源及焊缝中的含氢量,2.金属组织对氢扩散的影响,三、焊接冷裂纹的机理,氢在铁中的溶解度及在不同组织的钢中扩散速度,三、焊接冷裂纹的机理,3.氢在致裂过程中的动态行为,高强钢HAZ延迟裂纹的形成过程,三、焊接冷裂纹的机理,4.延迟裂纹的开裂机理,延迟断裂时间与应力的关系,（1）充氢钢拉伸试验,三、焊接冷裂纹的机理,（2）延迟裂纹与
6、温度的关系,（3）不同的钢种氢的扩散速度不同,（4）应力扩散理论,金属内部缺陷提供裂源，应力作用下开裂。,三、焊接冷裂纹的机理,氢致裂纹的扩展过程,三、焊接冷裂纹的机理,（三）焊接接头的应力状态,1.不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力,2.金属相变时产生的组织应力,3.结构自身拘束条件所造成的应力,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,（一）钢种的化学成分的影响,采用低碳和添加多种微量合金元素开发的低合金高强钢，HAZ为低碳贝氏体、低碳马氏体和自回火马氏体。,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,（二）拘束应力的影响,（三）氢的有害影响,HT80钢对接接头熔合线及焊根处的塑性应变,四、影响焊
7、接冷裂纹的主要因素及其防治,无预热及无后热焊后10min扩散氢聚集浓度与原始氢浓度之比的分布情况,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,氢气泡逸出的动态过程,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,（四）焊接工艺对冷裂纹的影响,1.焊接线能量对冷裂纹的影响,2.预热的影响,3.焊后后热的影响,4.多层焊的影响,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,（五）防止冷裂纹的途径,1.冶金方面,母材：采用低碳多种微量合金元素强化；精炼降低杂质。,焊接本身：选用优质低氢焊材和低氢焊接方法。,四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治,2.工艺方面,制定正确的施工程序、选择合适的焊接线能量、预热温度、焊后后热及焊后
8、热处理。,第四节 再热裂纹,一、再热裂纹的主要特征,1.发生在HAZ的粗晶部位呈晶间开裂。,2.消应力前焊接区存在较大的残余应力和不同程度的应力集中。,3.存在一个最敏感的温度区间。,4.含有一定沉淀强化元素的金属材料具有再热裂纹的敏感性。,18MnMoNb钢的再热裂纹,二、再热裂纹的机理,（一）晶界杂质析集弱化作用,研究表明，再热裂纹的产生是由晶界优先滑动导致微裂而产生和发展的。,焊后热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过该部位的塑性变形能力。,杂质含量对ec的影响 磷对临界COD的影响,二、再热裂纹的机理,（二）晶内沉淀强化作用,沉淀相一次加热固溶，二次再热在
9、晶内析出导致晶内强化。,（三）蠕变断裂理论,三、再热裂纹的影响因素及其防治,（一）冶金因素,1.化学成分对再热裂纹的影响随钢种的不同而差异,2.钢的晶粒度对再热裂纹的影响,Cr、Mo含量对SR的影响 V、Nb、Ti对SR的影响,三、再热裂纹的影响因素及其防治,3.焊接接头不同部位和缺口效应对SR的影响,缺口位置与再热裂纹的关系,三、再热裂纹的影响因素及其防治,（二）工艺因素,1.焊接方法的影响,2.预热及后热的影响,3.选用低匹配的焊材,4.降低残余应力、避免应力集中,第五节 层状撕裂,一、层状撕裂的主要特征及危害性,特征：1.内部低温开裂,2.呈阶梯状扩展,3.平台+剪切壁,4.易在T形接头
10、和角接接头出现,5.在焊接接头的焊根和焊趾处,（一）层状撕裂的形成机理,（二）影响因素,二、层状撕裂的形成机理及影响因素,1.非金属夹杂的种类、数量和分布形态,夹杂物的体积比；夹杂物的累积长度,2.Z向拘束应力,3.氢的影响 冷裂诱发引起,三、层状撕裂判据,（一）Z向拉伸断面收缩率不小于15%,（二）插销Z向应力判据 与碳当量、氢含量及硫含量有关,四、防止层状撕裂的措施,（一）选用具有抗层状撕裂的钢材,1.精炼钢,2.控制硫化物夹杂的形态,1.尽量避免单侧焊缝，缓和根部应力状态,（二）设计和工艺上的措施,2.强度允许情况下，采用焊接量少的焊 缝代替焊接量多的焊缝,3.在承受Z向应力的一侧开坡口
11、,4.预先焊打底焊缝，缓和Z向应力,5.采取防冷裂措施,改变接头型式防止层状撕裂,第六节 应力腐蚀裂纹,一、应力腐蚀裂纹的危害性,在腐蚀介质及有拉应力存在时，应力腐蚀裂纹造成严重的失效事故,（一）应力腐蚀裂纹的分布,二、应力腐蚀裂纹的特征,焊缝SCC表面分布 金属内部SCC分布,（二）SCC开裂途径,奥氏体不锈钢不同介质中的SCC开裂,（三）SCC产生与应力,三、产生SCC的机理,（一）电化学应力腐蚀开裂机理1.阳极溶解腐蚀开裂 APC2.阴极氢脆开裂 HEC,APC和HEC应力腐蚀过程,（二）机械破裂应力腐蚀开裂机理滑移台阶高度大于氧化膜的厚度，氧化膜破裂，金属露于表面。,塑性变形引起的滑移台阶,（三）SCC的扩展,三类SCC的扩展形态,四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治,（一）组装,（二）焊材的选择：与母材成分一致,（三）焊接工艺：焊接线能量,（四）焊后消应力处理,（五）表面改质,
