第六章 焊接裂纹

1、1 2 3 船舶中部主甲板横向断裂情况船舶中部主甲板横向断裂情况 图1 船舶完全断裂实例1图2 船舶完全断裂实例2 4 5 按裂纹形态分类按裂纹形态分类 (a)焊缝金属中的裂纹焊缝金属中的裂纹 (b)焊接热影响区的裂纹焊接热影响区的裂纹 6 7 产生部位在热影响区的过热区中，产生部位在热影响区的过热区中， 属于典型的晶间断裂性质。属于典型的晶间断裂性质。 产生于再热的升温过程中，敏感温产生于再热的升温过程中，敏感温 度一般在度一般在500700之间。之间。 8 9 10 11 12 13 14 结晶裂纹 15 液化裂纹 近缝区液化裂纹近缝区液化裂纹 1-未混合区未混合区 2-部分熔化区部分熔化

2、区 3-粗晶区粗晶区HAZ液化裂纹 16 B A C 裂纹 A B A B 微裂纹微裂纹 多边化裂纹 17 液固状态液固状态固液状态固液状态 偏析偏析 低熔点共晶低熔点共晶 液态薄膜液态薄膜 脆性温脆性温 度区间度区间 凝固收缩凝固收缩应力与应变应力与应变 拘束拘束 凝固凝固 裂纹裂纹 18 结结 晶晶 裂裂 纹纹 19 20 金属凝固过程中的脆性温度区金属凝固过程中的脆性温度区 TL液相线液相线 TS固相线固相线 TB脆性温度区脆性温度区 THTB上限上限 TSTB下限下限 塑塑 性性 TB TS TLTHTS ab 温度温度T 固相固相固液固液液固液固液相液相 焊缝凝固过程中经历的阶段焊缝

3、凝固过程中经历的阶段 21 产生凝固裂纹的条件产生凝固裂纹的条件 应变应变 塑性塑性 TL液相线液相线 TS固相线固相线 TB脆性温度区脆性温度区 THTB上限上限 TSTB下限下限 TB , T/ TL TH TS TS min 1 2 3 f (T) (T) 22 裂纹倾向裂纹倾向/%温度温度/ 凝固温度区与裂纹倾向的关系凝固温度区与裂纹倾向的关系 实线实线平衡状态平衡状态 虚线虚线非平衡状态非平衡状态 23 二元合金相图与凝固裂纹倾向的关系二元合金相图与凝固裂纹倾向的关系 a）完全互溶）完全互溶 b）有限固溶）有限固溶 c）机械混合物）机械混合物 d）完全不固溶）完全不固溶 虚线凝固裂纹

4、倾向的变化虚线凝固裂纹倾向的变化 a）b）c）d） 24 钢中各元素的偏析系数钢中各元素的偏析系数K 25 26 27 球状球状 裂纹倾向增加裂纹倾向增加 薄模状薄模状 28 3 10 3 )100/25/( VMoCrMn NiSiPSC HCS 29 相在奥氏体基底上的分布相在奥氏体基底上的分布 a）单相奥氏体）单相奥氏体 b） 奥氏体奥氏体奥氏体奥氏体铁素体铁素体液态薄液态薄 膜膜 a)b) 30 G 晶内强度；晶内强度；0 晶间强度晶间强度 m金属强度，取决前二者金属强度，取决前二者 T0 等强温度，即等强温度，即G =0时的温度时的温度 1、2 拉伸应力拉伸应力 31 32 应变速率

5、：应变速率： 焊接速度快焊接速度快 焊缝成形系数焊缝成形系数对热裂倾向的影响对热裂倾向的影响 33 34 35 36 37 38 39 40 41 延迟裂纹 42 43 44 最高硬度值越大，同样也说明最高硬度值越大，同样也说明 焊接接头冷裂倾向越大，因此焊接接头冷裂倾向越大，因此 许多国家对低合金高强度钢的许多国家对低合金高强度钢的 热影响区最高硬度作了规定：热影响区最高硬度作了规定： 例如，根据稻填道木等的试验，例如，根据稻填道木等的试验， 对于低氢焊条，为了不致于产对于低氢焊条，为了不致于产 生根部裂纹，规定了几种低碳生根部裂纹，规定了几种低碳 低合金高强度钢临界马氏体含低合金高强度钢临

6、界马氏体含 量分别为量分别为： 硬度值可采用实验测试方法测定，也可用计算硬度值可采用实验测试方法测定，也可用计算 方法求得，日本的铃木和百合用等人，提出如方法求得，日本的铃木和百合用等人，提出如 下计算公式：下计算公式： 马氏体组织马氏体组织 HT6060 HT7075 HT8090 45 46 焊接热影响区焊接热影响区 焊道下过热粗晶区焊道下过热粗晶区 焊趾与焊根部位焊趾与焊根部位 1 3 2 3 2 3 焊接冷裂纹分布形态焊接冷裂纹分布形态 1焊道下裂纹焊道下裂纹 2焊根裂纹焊根裂纹 3焊趾裂纹焊趾裂纹 47 48 49 内拘束应力内拘束应力焊接时的不均匀加热焊接时的不均匀加热 和冷却过程

7、所产生的和冷却过程所产生的热应力热应力、金属、金属相相 变应力变应力称为称为“内拘束应力内拘束应力”， 外拘束应力外拘束应力把结构刚度和焊接顺把结构刚度和焊接顺 序等所引起的应力称为序等所引起的应力称为“外拘束应外拘束应 力力”。 50 L E LL L l F l F R bb F 1 拘束度拘束度(Restraint Intensity)的概念：的概念：拉伸拘束度拉伸拘束度RF和和弯曲拘束度弯曲拘束度RS 51 52 ）。度的冷却时间（由峰值温度冷至 ）；度的冷却时间（ ）测氢法）（扩散氢含量（ 式中 st st gmlJISH B VMoNiCrCuMnSi Cp ttHP cm cmc

8、r 100 500800 ;100/ 5 1015602030 8 . 9)107 . 973. 2) 1lg(2 .282113 .86( 100 5/8 100 2 5/8 53 关于氢致延迟开裂机理，目前有多种理论，如关于氢致延迟开裂机理，目前有多种理论，如空洞内气体压力学说空洞内气体压力学说、位位 错陷阱捕氢学说错陷阱捕氢学说和和氢吸附理论氢吸附理论等。但是，能够较好解释氢和应力交互作等。但是，能够较好解释氢和应力交互作 用的延迟裂纹理论是用的延迟裂纹理论是氢的应力诱导扩散理论氢的应力诱导扩散理论。 氢致裂纹的扩展过程氢致裂纹的扩展过程 54 uc 应力应力/MPa LC 时间时间 t

9、/h 断裂曲线断裂曲线 潜伏期潜伏期 裂纹扩展裂纹扩展 裂纹发生曲线裂纹发生曲线 延迟断裂时间与应力的关系延迟断裂时间与应力的关系 UC上临界应力上临界应力 LC下临界应力下临界应力 55 56 5 Mo 156 Mn )( VCrNiCu C IIW CE )(%) 2 P 13 Cu ( 4 Mo 51524 Si 6 Mn )AWS( CrNi CCeq 美国焊接学会提出美国焊接学会提出 的碳当量公式：的碳当量公式： q从公式可知，碳是对冷裂纹倾向影响最大的元素，所以近年来各国都从公式可知，碳是对冷裂纹倾向影响最大的元素，所以近年来各国都 在致力于发展低碳、多元合金化的新钢种。如发展了一些无裂纹钢在致力于发展低碳、多元合金化的新钢种。如发展了一些无裂纹钢(CF 钢钢)，