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1、第二节第二节 焊接热裂纹焊接热裂纹1 1一、结晶裂纹形成机理一、结晶裂纹形成机理焊接热裂纹焊接热裂纹2 2一、结晶裂纹形成机理一、结晶裂纹形成机理1.形成结晶裂纹的内因：液态薄膜形成结晶裂纹的内因：液态薄膜 必要条件：拉伸应力必要条件：拉伸应力2.结晶裂纹形成阶段：结晶裂纹形成阶段： a.液固阶段液固阶段 b.固液阶段固液阶段 c.完全凝固阶段完全凝固阶段 a3 3一、结晶裂纹形成机理一、结晶裂纹形成机理熔池结晶的阶段及脆性温度区熔池结晶的阶段及脆性温度区4 4一、结晶裂纹形成机理一、结晶裂纹形成机理3.形成结晶裂纹的条件形成结晶裂纹的条件焊接时产生结晶裂纹的条件焊接时产生结晶裂纹的条件5 5
2、一、结晶裂纹形成机理一、结晶裂纹形成机理决定条件：决定条件： a.TB的大小的大小 b.脆性温度区内金属的塑性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在脆性温度区内的应变增长率 6 6二、结晶裂纹的影响因素二、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、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结晶温度区间与裂纹倾向的关系7 7（一）冶金因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合金状态图与结晶裂纹倾向的关系合金状态图与结晶裂纹倾向的关系8 82.合金元素对产生结晶裂纹的影响合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（
3、一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响（1 1）硫化磷硫化磷各合金元素对铁结晶温度区间的影响各合金元素对铁结晶温度区间的影响9 9（一）冶金因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钢中各元素的偏析系数钢中各元素的偏析系数1010（一）冶金因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（2 2）碳碳硫和磷的浓度硫和磷的浓度1111（一）冶金因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（3 3）锰锰Fe-C平衡相图的高温部分平衡相图的高温部分1212（一）冶金因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Mn、C、S同时存在时对结晶裂纹的影响同时存
4、在时对结晶裂纹的影响1313（一）冶金因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（5 5）钛、锆和稀土钛、锆和稀土能形成高熔点的硫化物能形成高熔点的硫化物（6 6）镍镍易与硫形成低熔点共晶易与硫形成低熔点共晶（7 7）氧氧 （）硅（）硅形成形成相的元素相的元素14143.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（一）冶金因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相在奥氏体基底上的分布相在奥氏体基底上的分布1515（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响（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冶金因素是必要条件而
5、产生结晶裂纹的充分条件是有条件是有力力的作用。的作用。金属强度随温度的变化和拉伸应力的关系金属强度随温度的变化和拉伸应力的关系1616三、防治结晶裂纹的措施三、防治结晶裂纹的措施（一）、冶金因素方面（一）、冶金因素方面1.控制焊缝中的硫、磷、碳等有害杂质的含控制焊缝中的硫、磷、碳等有害杂质的含量量2.改善焊缝凝固结晶、细化晶粒改善焊缝凝固结晶、细化晶粒不锈钢焊接，希望得到的不锈钢焊接，希望得到的相相1717三、防治结晶裂纹的措施三、防治结晶裂纹的措施（二）、工艺因素方面（二）、工艺因素方面1.适当增加焊接线能量和提高预热温度适当增加焊接线能量和提高预热温度2.接头形式接头形式3.焊接次序焊接次
6、序1818三、防治结晶裂纹的措施三、防治结晶裂纹的措施接头形式对裂纹倾向的影响接头形式对裂纹倾向的影响1919三、防治结晶裂纹的措施三、防治结晶裂纹的措施锅炉管板与管束的焊接次序锅炉管板与管束的焊接次序对称焊接法举例对称焊接法举例2020第第三三节节 焊接焊接冷冷裂纹裂纹2121一、冷裂纹的危害性及其一般特征一、冷裂纹的危害性及其一般特征（一）、冷裂纹的危害性（一）、冷裂纹的危害性炸毁的球罐炸毁的球罐2222一、冷裂纹的危害性及其一般特征一、冷裂纹的危害性及其一般特征（二）、冷裂（二）、冷裂纹的一般特征纹的一般特征14MnMoVN钢根部冷裂纹钢根部冷裂纹2323二、冷裂纹的种类二、冷裂纹的种类
7、（一）、焊趾裂纹（一）、焊趾裂纹焊趾裂纹焊趾裂纹A及焊道下裂纹及焊道下裂纹B2424二、冷裂纹的种类二、冷裂纹的种类（二）、焊道下裂纹（二）、焊道下裂纹焊道下延迟裂纹焊道下延迟裂纹2525二、冷裂纹的种类二、冷裂纹的种类（三）、根部裂纹（三）、根部裂纹根部裂纹根部裂纹2626三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理（一）、钢种的淬硬倾向（一）、钢种的淬硬倾向1.形成脆硬的马氏体组织形成脆硬的马氏体组织组织对裂纹的敏感性排序：组织对裂纹的敏感性排序：F/PBLMLBuBgM-AMT2727三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理2.淬硬会形成更多的晶格缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷 空位和位错，在
8、应力和热力不平衡条空位和位错，在应力和热力不平衡条件下，空位位错会发生聚集，浓度达到临件下，空位位错会发生聚集，浓度达到临界值时，会形成裂纹。界值时，会形成裂纹。2828三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理（二）氢的作用（二）氢的作用 研究表明，焊接接头含氢量越高，裂纹的敏研究表明，焊接接头含氢量越高，裂纹的敏感性越大，当局部地区的含氢量达到某一临界感性越大，当局部地区的含氢量达到某一临界值时，开始出现裂纹。值时，开始出现裂纹。 钢中的氢分为钢中的氢分为残余氢残余氢和和扩散氢扩散氢，在，在M MS S点以下点以下产生冷裂纹，较高温度下的氢已扩散，因此在产生冷裂纹，较高温度下的氢已扩散，因此
9、在较低温度下的扩散氢才具有致裂作用。较低温度下的扩散氢才具有致裂作用。2929三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理碳当量与临界含氢量的关系碳当量与临界含氢量的关系3030三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理1.氢的来源及焊缝中的含氢量氢的来源及焊缝中的含氢量2.金属组织对氢扩散的影响金属组织对氢扩散的影响 3131三、焊接冷裂纹的机理三、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氢在铁中的溶解度及在不同组织的钢中扩散速度3232三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理3.氢在致裂过程中的动态行为氢在致裂过程中的动态行为 高强钢高强钢HAZ延迟裂纹的形成过程延迟裂纹的形成
10、过程3333三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理4.延迟裂纹的开裂机理延迟裂纹的开裂机理延迟断裂时间与应力的关系延迟断裂时间与应力的关系（1）充氢钢拉伸试验）充氢钢拉伸试验3434三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理（2）延迟裂纹与温度的关系）延迟裂纹与温度的关系（3）不同的钢种氢的扩散速度不同）不同的钢种氢的扩散速度不同（4）应力扩散理论）应力扩散理论金属内部缺陷提供裂源，应力作用下开裂。金属内部缺陷提供裂源，应力作用下开裂。3535三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理氢致裂纹的扩展过程氢致裂纹的扩展过程3636三、焊接冷裂纹的机理三、焊接冷裂纹的机理（三）焊接接头的应力状态（三
11、）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不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力力2.金属相变时产生的组织应力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结构自身拘束条件所造成的应力3737四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、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（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采用低碳和添加多种微量合金元素开发的低合金高强钢，低合金高强钢，HAZ为低碳贝氏体、低为低碳贝氏体、低碳马氏体和自回火马氏体。碳马氏体和自回火马氏体。3838四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、影响焊接冷裂纹的主要因素及
12、其防治（二）拘束应力的影响（二）拘束应力的影响（三）氢的有害影响（三）氢的有害影响HT80HT80钢对接接头熔合线及焊根处的塑性应变钢对接接头熔合线及焊根处的塑性应变3939四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治无预热及无后热焊后无预热及无后热焊后10min10min扩散氢聚集浓度与原始氢浓扩散氢聚集浓度与原始氢浓度之比的分布情况度之比的分布情况4040四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、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氢气泡逸出的动态过程4141四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治（四）焊接工艺对冷
13、裂纹的影响（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焊接线能量对冷裂纹的影响 2.预热的影响预热的影响 3.焊后后热的影响焊后后热的影响 4.多层焊的影响多层焊的影响4242四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、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（五）防止冷裂纹的途径 1.冶金方面冶金方面 母材：采用低碳多种微量合金元素强化；母材：采用低碳多种微量合金元素强化；精炼降低杂质。精炼降低杂质。 焊接本身：选用优质低氢焊材和低氢焊焊接本身：选用优质低氢焊材和低氢焊接方法。接方法。4343四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治 2
14、.工艺方面工艺方面 制定正确的施工程序、选择合适的焊接制定正确的施工程序、选择合适的焊接线能量、预热温度、焊后后热及焊后热处线能量、预热温度、焊后后热及焊后热处理。理。4444第第四四节节 再热裂纹再热裂纹4545 一、再热裂纹的主要特征一、再热裂纹的主要特征 1.发生在发生在HAZ的粗晶部位呈晶间开裂。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。力和不同程度的应力集中。 3.存在一个最敏感的温度区间。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。具有再热裂纹
15、的敏感性。4646 18MnMoNb 18MnMoNb钢的再热裂纹钢的再热裂纹4747 二、再热裂纹的机理二、再热裂纹的机理 （一）晶界杂质析集弱化作用（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。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，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。过该部位的塑性变形能力。4848 杂质含量对杂质含量对e ec c的影响的影响 磷对临界磷对临界CODCOD的影响的影响494
16、9 二、再热裂纹的机理二、再热裂纹的机理 （二）晶内沉淀强化作用（二）晶内沉淀强化作用 沉淀相一次加热固溶，二次再热在晶沉淀相一次加热固溶，二次再热在晶内析出导致晶内强化。内析出导致晶内强化。 （三）蠕变断裂理论（三）蠕变断裂理论5050 三、再热裂纹的影响因素及其防治三、再热裂纹的影响因素及其防治 （一）冶金因素（一）冶金因素 1.化学成分对再热裂纹的影响随钢化学成分对再热裂纹的影响随钢种的不同而差异种的不同而差异 2.钢的晶粒度对再热裂纹的影响钢的晶粒度对再热裂纹的影响5151 Cr Cr、MoMo含量对含量对SRSR的影响的影响 V V、NbNb、TiTi对对SRSR的影响的影响5252
17、 三、再热裂纹的影响因素及其防治三、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焊接接头不同部位和缺口效应对SR的影响的影响 缺口位置与再热裂纹的关系缺口位置与再热裂纹的关系5353 三、再热裂纹的影响因素及其防治三、再热裂纹的影响因素及其防治 （二）工艺因素（二）工艺因素 1.焊接方法的影响焊接方法的影响 2.预热及后热的影响预热及后热的影响 3.选用低匹配的焊材选用低匹配的焊材 4.降低残余应力、避免应力集中降低残余应力、避免应力集中5454第第五五节节 层状撕裂层状撕裂5555 一、层状撕裂的主要特征及危害性一、层状撕裂的主要特征及危害性 特征：特征：1.内部低温开裂内部
18、低温开裂 2.呈阶梯状扩展呈阶梯状扩展 3.平台平台+剪切壁剪切壁 4.易在易在T形接头和角接接头出现形接头和角接接头出现 5.在焊接接头的焊根和焊趾处在焊接接头的焊根和焊趾处5656 （一）层状撕裂的形成机理（一）层状撕裂的形成机理 （二）影响因素（二）影响因素 二、层状撕裂的形成机理及影响因素二、层状撕裂的形成机理及影响因素 1.非金属夹杂的种类、数量和分布形非金属夹杂的种类、数量和分布形态态 夹杂物的体积比；夹杂物的累积长度夹杂物的体积比；夹杂物的累积长度 2.Z向拘束应力向拘束应力5757 3.氢的影响氢的影响 冷裂诱发引起冷裂诱发引起 三、层状撕裂判据三、层状撕裂判据 （一）（一）Z
19、向拉伸断面收缩率不小于向拉伸断面收缩率不小于15% （二）插销（二）插销Z向应力判据向应力判据 与碳当量、氢含量及硫含量有关与碳当量、氢含量及硫含量有关5858 四、防止层状撕裂的措施四、防止层状撕裂的措施 （一）选用具有抗层状撕裂的钢材（一）选用具有抗层状撕裂的钢材 1.精炼钢精炼钢 2.控制硫化物夹杂的形态控制硫化物夹杂的形态 1.尽量避免单侧焊缝，缓和根部应力状尽量避免单侧焊缝，缓和根部应力状态态 （二）设计和工艺上的措施（二）设计和工艺上的措施5959 2.强度允许情况下，采用焊接量少的焊强度允许情况下，采用焊接量少的焊 缝代替焊接量多的焊缝缝代替焊接量多的焊缝 3.在承受在承受Z向应
20、力的一侧开坡口向应力的一侧开坡口 4.预先焊打底焊缝，缓和预先焊打底焊缝，缓和Z向应力向应力 5.采取防冷裂措施采取防冷裂措施6060 改变接头型式防止层状撕裂改变接头型式防止层状撕裂6161第第六六节节 应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹6262 一、应力腐蚀裂纹的危害性一、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蚀裂纹造成严重的失效事故 （一）应力腐蚀裂纹的分布（一）应力腐蚀裂纹的分布 二、应力腐蚀裂纹的特征二、应力腐蚀裂纹的特征6363 焊缝焊缝SCCSCC表面分布表面分布 金属内部金属内部SCCSCC分布分布6464 （二
21、）（二）SCC开裂途径开裂途径 奥氏体不锈钢不同介质中的奥氏体不锈钢不同介质中的SCCSCC开裂开裂6565 （三）（三）SCC产生与应力产生与应力三、产生三、产生SCC的机理的机理 （一）电化学应力腐蚀开裂机理（一）电化学应力腐蚀开裂机理1.阳极溶解腐蚀开裂阳极溶解腐蚀开裂 APC2.阴极氢脆开裂阴极氢脆开裂 HEC6666 APC APC和和HECHEC应力腐蚀过程应力腐蚀过程6767 （二）机械破裂应力腐蚀开裂机理（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。破裂，金属露于表面。塑性变形引起的滑移台阶塑性变形引起的滑移台阶6868 （三）（三）SCC的扩展的扩展三类三类SCCSCC的扩展形态的扩展形态6969四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治 （一）组装（一）组装 （二）焊材的选择：与母材成分一致（二）焊材的选择：与母材成分一致 （三）焊接工艺：焊接线能量（三）焊接工艺：焊接线能量 （四）焊后消应力处理（四）焊后消应力处理 （五）表面改质（五）表面改质 7070 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
