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1、1一、结晶裂纹的形成机理 有的结晶裂纹是沿焊缝中心纵向开裂(ki li)，也有沿焊缝中的树枝晶之间界面处发生和发展的结晶裂纹，有时也发生在焊缝内部两个树枝状晶体之间，这说明在结晶过程中晶界是最薄弱的部位。第二节 焊接(hnji)热裂纹第1页/共33页第一页，共34页。2由于先结晶的固相金属较纯，后结晶的金属含杂质多，并富集在晶界。这些杂质容易形成低的熔点的共晶(n jn)，最后被推向晶界，在晶粒之间形成一个液态薄膜。如果此时有拉伸应力存在就会产生裂纹（图5-16）。结晶(jijng)裂纹的形成机理（1）产生热裂纹的原因是晶间存在液态薄膜和在凝固过程(guchng)中存在拉伸应力。第2页/共33
2、页第二页，共34页。3在整个结晶过程(guchng)中，从液到固可分为三个阶段：（1）液固阶段（液多于固）液态金属可在固态金属中自由流动，此时既使有拉伸应力也不会产生裂纹。（2）固液阶段（固多于液）随着固态金属量增加，剩余的液态金属多为低熔点共晶，流动也发生困难，这时若有拉伸应力产生的小裂纹无法靠液态金属填充，成为一个“裂纹源”。此阶段也叫“脆性温度区”。（3）完全凝固阶段完全凝固后金属有较好的强度和塑性，既使有拉伸应力也难以产生裂纹。结晶(jijng)裂纹的形成机理（2）第3页/共33页第三页，共34页。41 冶金因素对结晶(jijng)裂纹的影响 影响因素有相图类型、化学成分、结晶(jij
3、ng)组织形态。二、 结晶裂纹(li wn)的影响因素 产生热裂纹必须具备冶金因素（成分、偏析）和力的因素（金属热物理性质(wl xngzh)、焊件拘束度、焊接工艺等）。第4页/共33页第四页，共34页。5 相图的结晶温度区间越大（即液态存在的时间越长），产生(chnshng)热裂纹的可能性越大（图519）。 影响相图结晶温度区间大小与合金的含量有关。（1） 相图(xin t)类型和结晶温度区的大小（1） 由于焊接是在非平衡条件下结晶，结晶温度区间要偏离平衡条件下的结晶温度区间，因此(ync)最大结晶裂纹可能发生在低合金含量区（图519虚线）。第5页/共33页第五页，共34页。6 各种( zh
4、n)状态图对产生结晶裂纹倾向的规律（图520）。相图(xin t)类型和结晶温度区的大小（2）第6页/共33页第六页，共34页。7对凝固温度范围的影响； 对形成低熔点相的影响（尤其是S、P）。 对产生结晶裂纹(li wn)的影响比较大的合金是一些能形成低熔点共晶的合金元素，熔点越低、数量越大，裂纹(li wn)倾向越大。1） 硫、磷：S、P可扩大Fe的结晶区间，并能与Fe形成多种低熔点共晶。2）碳：碳是易偏析元素，并能加剧其它元素的有害作用（如S、P等）。（2）合金(hjn)因素对产生结晶裂纹的影响第7页/共33页第七页，共34页。83）锰：Mn有脱硫作用(zuyng)，生成高熔点MnS（16
5、00），生产的MnS为球状。合金因素(yn s)对产生结晶裂纹的影响（5） 随着钢中含碳量增加，Mn/S也应提高。否则影响(yngxing)Mn的脱硫效果。含碳量越高，S的危害越大（图523 ）。第8页/共33页第八页，共34页。94）硅：Si是 脱氧元素，但焊缝中Si0.4时，容易形成硅酸盐夹杂(jiz)，造成裂纹源，从而增加裂纹倾向。合金因素(yn s)对产生结晶裂纹的影响（6）5）钛、锆、稀土：Ti、Zr、RE脱硫的效果比Mn好得多，有良好的消除结晶裂纹(li wn)作用，但它们也是强脱氧元素。 氧化稀土也有脱硫作用。6）镍：Ni和S形成低熔点共晶（NiS2 645），易于引起结晶裂纹。
6、第9页/共33页第九页，共34页。101 冶金因素（1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质含量尽量减少低熔点共晶的数量。S、P的最大含量取决于被焊金属，一般低碳钢、低合金钢S、P0.05，高合金钢0.04，不锈钢（或R crR）就可以认为是安全的。2 拘束(jsh)应力影响第26页/共33页第二十六页，共34页。27在焊后冷却过程中，除一部分氢从表面逸出外，还向热影响区方向扩散。在扩散过程中，在一些塑性应变和微观缺陷部位发生氢聚集(jj)（应力集中高的部位的氢浓度高于平均值的5倍多），使这个部位很快达到临界氢浓度。3 氢的影响（氢在焊缝(hn fn)中的行为）（1）第27页/共33页第二十七页，共
7、34页。28 采用软质焊缝、改变坡口的形式（避免有应力集中的部位，如圆滑(yunhu)过渡）和预热、后热等措施均可降低氢的聚集。氢的影响(yngxing)（氢在焊缝中的行为）（2） 氢常在熔合区附近聚集(jj)，而且在焊后最初10分钟内聚集(jj)速度最快。第28页/共33页第二十八页，共34页。29（1） 焊接线能量：过大线能量E引起近缝区晶粒粗大，降低抗裂性能，尤其是有粗大M体时更有害。但对于(duy)低碳低合金钢适当增大线能量是有利的。线能量过小易使热影响区淬硬，也不利于氢逸出。4 焊接工艺(gngy)对冷裂纹的影响（1）预热可以有效(yuxio)防止冷裂纹，但温度过高会增加附加应力（因
8、是局部加热），反而增加冷裂倾向。所以预热温度主要是从降低冷速，减小淬硬倾向考虑。低合金高强钢的预热温度经验公式为： T() = 324Pcm + 17.7H + 0.14b + 4.72214（2） 预热温度（1）第29页/共33页第二十九页，共34页。30由于冷裂纹存在潜伏期，所以要在裂纹产生前要进行加热处理。尤其是对不预热的焊件，后热处理要及时，温度要高。后热处理的有利作用：1）改善组织，提高韧性，减小淬硬性；2）减低残余应力(yngl)；3）消除扩散氢；4）降低预热温度(表512)。（3） 焊后热处理（1）第30页/共33页第三十页，共34页。31后一道焊缝对前一道焊缝进行了热处理，有利
9、于氢的逸出，组织的改善，可防止冷裂纹产生(chnshng)。但 要 在 第 一 层 焊 缝 尚 未 产 生(chnshng)根部裂纹的潜伏期内完成第二道焊接。（4） 多层焊根据钢的冷裂纹(li wn)敏感性Pw，焊的层数越多，预热温度越低（图571）。第31页/共33页第三十一页，共34页。32（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素强化，既提高强度，又保证金属有一定的韧性。2）采用高质量钢降低(jingd)S、P、O、N杂质含量。3）采用碱性低氢焊接材料。4）CO2焊获得低氢焊缝。5）选用低强度焊条，降低(jingd)拘束应力。6）用A体焊条焊接淬硬倾向较大的中碳调质钢。（2）工艺方面 焊前
10、预热，焊后热处理，多层焊，避免焊接缺陷（未焊透、咬肉、夹杂、气孔），焊接接头形式，施焊顺序等。5 防止(fngzh)冷裂纹的途径第32页/共33页第三十二页，共34页。33感谢您的观赏(gunshng)！第33页/共33页第三十三页，共34页。内容(nirng)总结1。产生热裂纹的原因是晶间存在液态薄膜和在凝固过程中存在拉伸应力。液态金属可在固态金属中自由流动，此时既使有拉伸应力也不会产生裂纹。完全凝固后金属有较好的强度和塑性，既使有拉伸应力也难以产生裂纹。从冶金因素和工艺因素（减少应力）两方面着手。（4） 裂纹可沿晶扩展，也可穿晶扩展。高强钢焊接(hnji)接头含氢量越高裂纹的敏感性就越大。焊接(hnji)接头开始产生裂纹时的应力称为临界拘束应力cr。感谢您的观赏第三十四页，共34页。
