西安工大焊接冶金学基本原理第5章焊接裂纹

1、西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理主讲主讲:惠增哲惠增哲 王喜锋王喜锋西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院2012年年10月月共4学时焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering内容内容5.1焊接裂纹概述焊接裂纹概述5.2焊接热裂纹焊接热裂纹5.3焊接冷裂纹焊接冷裂纹第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹焊接冶金学焊接冶金学

2、- -基本原理基本原理焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.1 焊接裂纹的危害性焊接裂纹的危害性5.1.2 焊接裂纹的分类与一般特征焊接裂纹的分类与一般特征1.热裂纹热裂纹2.冷裂纹冷裂纹3.再热裂纹再热裂纹4.层状撕裂层状撕裂5.应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述第第5 5章章 焊接裂纹焊接裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5

3、.1.1 焊接裂纹的危害性焊接裂纹的危害性焊接裂纹定义焊接裂纹定义：在焊接：在焊接应力应力及其他及其他致脆因素致脆因素共同作用共同作用下，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缝隙称为。 焊接裂纹引起脆性断裂焊接裂纹引起脆性断裂焊接裂纹分析是对焊接焊接裂纹分析是对焊接 冶金学知识综合检验冶金学知识综合检验5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂

4、纹的分类及一般特征分类分类（1 1）按裂纹分布的走向分）按裂纹分布的走向分 横向裂纹横向裂纹 纵向裂纹纵向裂纹 星形（弧形裂纹）星形（弧形裂纹）（2 2） 按裂纹发生部位分按裂纹发生部位分 焊缝金属中裂纹焊缝金属中裂纹 热影响区中裂纹热影响区中裂纹 焊缝热影响区贯穿裂纹焊缝热影响区贯穿裂纹 弧坑（火口）裂纹弧坑（火口）裂纹 表面裂纹、内部裂纹等等表面裂纹、内部裂纹等等5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征

5、焊接裂纹的分类及一般特征（3 3）、按产生本质（产生条件）分类）、按产生本质（产生条件）分类分为分为5 5大类大类: :焊接热裂纹（焊接热裂纹（结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹）结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹）焊接冷裂纹（延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化焊接冷裂纹（延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹）裂纹）再热裂纹再热裂纹层状撕裂层状撕裂 应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及

6、一般特征焊接裂纹的分类及一般特征 1、热裂纹、热裂纹产生时期：在焊接过程中焊缝和热影响区金属冷却产生时期：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。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裂纹走向：裂纹起源与扩展均是沿晶粒边界沿晶粒边界产生部位：焊缝为主，及热影响区近缝区产生部位：焊缝为主，及热影响区近缝区分类：分类：5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述结晶裂纹结晶裂纹高温液化裂纹高温液化裂纹多边化裂纹多边化裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical

7、Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征结晶裂纹：结晶裂纹：在凝固的过程在凝固的过程-结晶过程中产生，残余液结晶过程中产生，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。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：氧化色彩典型特征：氧化色彩高温液化裂纹：高温液化裂纹：在高温下产生在高温下产生, ,近缝区或多层焊的层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，在收缩应力作间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作用下用下, ,沿奥氏体晶间发生开裂沿奥氏体晶间发生开裂多边化裂纹：多边化裂纹：产生温度低于固相线温度产生温度低

8、于固相线温度, ,存在晶格缺存在晶格缺陷陷( (位错和空位位错和空位),),物理化学的不均匀性物理化学的不均匀性, ,在应力作用下在应力作用下, ,缺陷聚集形成多边化边界缺陷聚集形成多边化边界, ,使强度塑性下降使强度塑性下降, ,沿多边化沿多边化边界开裂。边界开裂。5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical EngineeringHAZ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焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶

9、金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征 2、冷裂纹、冷裂纹产生温度：焊后较低温（产生温度：焊后较低温（Ms点附近）点附近） 产生部位产生部位:多在热影响区多在热影响区,但也有发生在焊缝。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特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。断裂特征。裂纹走向：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也裂纹走向：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。

10、可晶间和穿晶混合断裂。分类分类5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述延迟（氢致）裂纹延迟（氢致）裂纹淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering延迟裂纹：延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期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（扩散氢扩散）产生迟滞现象称延迟裂纹，与淬硬组淬硬组织、拘束应力、氢织、拘束应力、氢有关。有关。淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬脆化裂纹（淬火

11、裂纹）：淬硬倾向大的组织易产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。生这种裂纹（与氢含量关系不大），焊后立即出现。 低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下，由于收缩应变：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。裂纹，无延迟。5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Enginee

12、ring延迟裂纹5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 3 3、再热裂纹（消除应、再热裂纹（消除应力处理裂纹）力处理裂纹） 温度：温度：( (敏感温度如敏感温度如600-600-700700）由于重新加热（）由于重新加热（热处热处理或高温服役理或高温服役）过程中产生）过程中产生又称消除应力处理裂纹。又称消除应力处理裂纹。特征：晶界杂质或析出相特征：晶界杂质或析出相位置：一般位置：一

13、般HAZHAZ粗晶区。粗晶区。走向：沿晶走向：沿晶5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 4 4、层状撕裂、层状撕裂 温度：如温度：如400400以下低温以下低温特征：由于特征：由于轧制轧制母材内母材内部存在有部存在有分层的夹杂物分层的夹杂物( (特特别是硫化物夹杂物）和焊别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的接时产生的垂直轧制方向垂直轧制方向的应力的应力，使热影响区附近，使热影响区附近

14、地方产生呈地方产生呈“台阶台阶”状的状的层状断裂层状断裂走向：穿晶或沿晶走向：穿晶或沿晶位置：热影响区附近位置：热影响区附近5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 5 5、应力腐蚀裂纹、应力腐蚀裂纹特征：特征： 特定介质和拉应特定介质和拉应力共同作用下所产生的延力共同作用下所产生的延迟破裂现象。如迟破裂现象。如枯树状枯树状，由表面向纵深发展，裂口由表面向纵深发展，裂口的深宽比达到几

15、十至的深宽比达到几十至100100以以上，上，细长而又尖锐，分支细长而又尖锐，分支明显明显温度：任何温度温度：任何温度位置：焊缝及位置：焊缝及HAZHAZ走向：沿晶或穿晶走向：沿晶或穿晶 5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.1.2 焊接裂纹的分类及一般特征焊接裂纹的分类及一般特征5.1 5.1 焊接裂纹概述焊接裂纹概述焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂

16、纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹5.2.1 结晶裂纹的形成机理结晶裂纹的形成机理1.产生部位产生部位2.产生过程产生过程3.产生条件产生条件5.2.2 影响结晶裂纹的因素影响结晶裂纹的因素1.冶金因素（液态薄膜）冶金因素（液态薄膜）2.应力因素（拉伸应力）应力因素（拉伸应力）5.2.3 防治结晶裂纹的措施防治结晶裂纹的措施1.冶金方面冶金方面2.工艺方面（减少应力）工艺方面（减少应力）第第5 5章章 焊接裂纹焊接裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of

17、Material and Chemical Engineering一般特征一般特征WM，HAZ冷却到固相线附近的高温区时所产生冷却到固相线附近的高温区时所产生 沿晶断裂，沿晶断裂，高温氧化色彩高温氧化色彩断裂的条件：在高温阶段断裂的条件：在高温阶段晶间延性或塑性变形晶间延性或塑性变形能力能力min不足以承受凝固过程或高温时不足以承受凝固过程或高温时冷却过程积累的应冷却过程积累的应变量变量占，即占，即 焊接热裂纹概述焊接热裂纹概述5.25.2焊接热裂纹焊接热裂纹min焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical

18、 Engineering高温阶段金属两个脆性温高温阶段金属两个脆性温度区间度区间 与两大类热裂纹与两大类热裂纹 与与液膜液膜有关的热裂纹，有关的热裂纹，固相线固相线TS附近附近 结晶裂纹，高温液化裂结晶裂纹，高温液化裂纹纹 与液膜无关的热裂纹，与液膜无关的热裂纹，位于位于奥氏体再结晶温度奥氏体再结晶温度TR附近。附近。 高温失延裂纹，多边化高温失延裂纹，多边化裂纹裂纹焊接热裂纹概述焊接热裂纹概述5.25.2焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 1 1、产生部

19、位、产生部位沿焊缝树枝状沿焊缝树枝状结晶的交界处结晶的交界处发生和发发生和发展，沿焊缝中心纵向或晶间开裂展，沿焊缝中心纵向或晶间开裂5.2.1 结晶裂纹形成机理结晶裂纹形成机理5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹沿焊缝中心的纵向裂纹沿焊缝中心的纵向裂纹焊缝中沿树枝晶界裂纹焊缝中沿树枝晶界裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering结结晶晶裂裂纹纹5.2.1 结晶裂纹形成机理结晶裂纹形成机理5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂

20、纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2 2、结晶裂纹的产生过程、结晶裂纹的产生过程（1）过程：在焊缝金属凝固结晶）过程：在焊缝金属凝固结晶的后期，的后期，低熔点共晶物低熔点共晶物被排挤在被排挤在晶界，形成一种所谓的晶界，形成一种所谓的“液态薄液态薄膜膜”，在焊接拉应力作用下，就，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。晶裂纹。 （2）产生结晶裂纹原因：）产生结晶裂纹原因： 液态薄膜液态薄膜拉伸应力拉伸应力 液态薄膜液态薄膜根本原因根本原因 拉伸应力拉伸应力必要条件必要条件5.2.1 结晶

21、裂纹形成机理结晶裂纹形成机理5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹1、结晶温度：、结晶温度：FeS 1190；Fe3P 1166；2、低熔点共晶温度：、低熔点共晶温度：FeSFe 980；Fe3PFe 1050；NiS2Ni 645；Ni3PNi 880；3、钢的结晶温度约、钢的结晶温度约1350 焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2 2、结晶裂纹的产生过程（续）、结晶裂纹的产生过程（续） （3）位置：柱状晶交遇的中心部位）位置：柱状晶交遇的中心部位 柱状晶间隙柱状晶间隙 弧

22、坑（火口）弧坑（火口） 5.2.1 结晶裂纹形成机理结晶裂纹形成机理5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering 2、结晶裂纹的产生过程（续）、结晶裂纹的产生过程（续） 5.2.1 结晶裂纹形成机理结晶裂纹形成机理固液阶段：有裂纹固液阶段：有裂纹固相阶段：无裂纹固相阶段：无裂纹（4 4）结晶过程裂纹倾向分析）结晶过程裂纹倾向分析 结晶的三个阶段结晶的三个阶段液固阶段：无裂纹液固阶段：无裂纹 T Tb b称为脆性温度区称为脆性温度区，在比区间易产生结晶

23、裂纹，杂质较，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属少的金属, T, Tb b小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属T Tb b大，大，产生裂纹的倾向也大产生裂纹的倾向也大 5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.2.1 结晶裂纹形成机理结晶裂纹形成机理5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹 3 .产生结晶裂纹的条件产生结晶裂纹的条件 e随随T按曲线按曲线1变化变化:p min-e=es 0，即焊缝仍有即焊缝仍

24、有es的塑的塑性储备量，性储备量，不产生不产生热裂纹热裂纹e随随T按曲线按曲线2变化变化: e=pmin,即即处于临处于临界状态界状态. .临界应变增临界应变增长速率长速率CSTCSTe随随T按曲线按曲线3变化变化:p min-e=es- S S、P P在在中溶解度低，析出中溶解度低，析出S S、P P集富在晶界上，裂纹集富在晶界上，裂纹c)c)、MnMn Mn具有脱具有脱S作用。抗裂作用。抗裂 d)、Si 硅是硅是相形成元素，利于消除结晶裂纹相形成元素，利于消除结晶裂纹 , Si0.4% 易易形成低熔点的硅酸盐夹杂使裂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）凝固结晶

25、组织形态对结晶裂纹的影响晶粒粗大裂纹的倾向晶粒粗大裂纹的倾向5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.2.2 结晶裂纹的影响因素结晶裂纹的影响因素 2 2、应力因素、应力因素产生结晶裂纹的充分条件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焊接时脆性温度区内金属的塑性p要小于脆性温度区间要小于脆性温度区间内金属所承受的拉伸应变内金属所承受的拉伸应变e，即，即pe.产生结晶裂纹的充分条件产生结晶裂纹的充分条件2：在焊接时脆性温度区内金属

26、的强度在焊接时脆性温度区内金属的强度m要小于在脆性温度要小于在脆性温度区内金属所承受的拉伸应力区内金属所承受的拉伸应力,即即m。 m取决于晶内强度取决于晶内强度G，晶界强度，晶界强度05.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering000000GGGTTTTTT 时称 为 等 强 温 度时晶 间 断 裂应力因素例应力因素例：高焊接速：高焊接速度，冷却快，应变增长度，冷却快，应变增长速度快，裂纹倾向增大，速度快，裂纹倾向增大，另外熔池成泪滴状，柱另外熔池成

27、泪滴状，柱状晶垂直生长，更易裂状晶垂直生长，更易裂纹。纹。5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹5.2.2 结晶裂纹的影响因素结晶裂纹的影响因素金属强度随温度的变化金属强度随温度的变化焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.2.3 防止措施防止措施 1、冶金方面、冶金方面（1）控制）控制P S C（2）改善结晶）改善结晶（3）愈合作用）愈合作用 2、工艺方面（减少应力）、工艺方面（减少应力）（1）焊接工艺）焊接工艺 预热，高线能量，减低应变率预热，高线能量，减低应变率（2）接头形

28、式）接头形式（3）焊接次序）焊接次序5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3焊接冷裂纹焊接冷裂纹5.3.1 结晶裂纹的形成机理结晶裂纹的形成机理1.产生部位产生部位2.产生过程产生过程3.产生条件产生条件5.2.2 影响结晶裂纹的因素影响结晶裂纹的因素1.冶金因素（液态薄膜）冶金因素（液态薄膜）2.应力因素（拉伸应力）应力因素（拉伸应力）5.2.3 防治结晶裂纹的措施防治结晶裂纹的措施1.冶金方面冶金方面2.工艺方面（减少应力）工艺方面（减

29、少应力）第第5 5章章 焊接裂纹焊接裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3焊接冷裂纹焊接冷裂纹5.3.1 焊接冷裂条件与特征焊接冷裂条件与特征1.冷裂条件冷裂条件2.冷裂纹特征冷裂纹特征5.3.2 延迟裂纹的机理延迟裂纹的机理5.3.3 影响延迟裂纹的三个因素影响延迟裂纹的三个因素1.材料的淬硬倾向材料的淬硬倾向2.氢的作用氢的作用3. 接头的应力状态接头的应力状态5.3.4 焊接冷裂纹的控制焊接冷裂纹的控制第第5 5章章 焊接裂纹焊接裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理

30、基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂条件与特征焊接冷裂条件与特征 1、冷裂条件、冷裂条件 冷裂纹的提法是相对热裂纹而言，一般指在低温冷裂纹的提法是相对热裂纹而言，一般指在低温出现的裂纹。冷裂纹的产生，同热裂纹一样，也应符出现的裂纹。冷裂纹的产生，同热裂纹一样，也应符合下列条件：合下列条件：5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹min 即接头局部位置的延性即接头局部位置的延性minmin不足以承受所发生的应不足以承受所发生的应变变的作用。的作用。与接头的与接头的拘束应力拘束应力有关。有关。m

31、inmin则取决于焊接冷却过程中的致脆因素，则取决于焊接冷却过程中的致脆因素，淬硬组织的淬硬组织的存在存在和和氢脆氢脆的作用。这两种致脆因素的有效作用温度区的作用。这两种致脆因素的有效作用温度区间正是在室温附近，通常在间正是在室温附近，通常在MsMs以下。故称为以下。故称为“冷裂纹冷裂纹”。焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂条件与特征焊接冷裂条件与特征 2冷裂纹特征冷裂纹特征 （1 1）分布形态）分布形态 冷裂纹多发生在具有冷裂纹多发生在具有缺口效应缺口效

32、应的的焊接热影响区或有焊接热影响区或有物理化学不均匀性的氢聚集物理化学不均匀性的氢聚集的局部的局部地带。地带。 5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.1 焊接冷裂条件与特征焊接冷裂条件与特征 2 2冷裂纹特征冷裂纹特征（续）（续） (2) (2) 冷裂时期冷裂时期 延迟裂纹延迟裂纹生成温度约在生成温度约在100100-100-100之间。有潜伏期之间。有潜伏期( (孕育期孕育期) )，几，几小时、几天甚至更长，存在潜伏期、缓慢扩展期和突

33、然断裂期小时、几天甚至更长，存在潜伏期、缓慢扩展期和突然断裂期三个接续的开裂过程。现公认有潜伏期的冷裂纹是由于三个接续的开裂过程。现公认有潜伏期的冷裂纹是由于氢作用氢作用而具有延迟开裂特性而具有延迟开裂特性，故称又称为，故称又称为“氢致裂纹氢致裂纹”。淬硬倾向大淬硬倾向大的钢焊接时产生的冷裂纹常常是没有潜伏期，即不具有的钢焊接时产生的冷裂纹常常是没有潜伏期，即不具有延迟开裂特性，只要低于一定温度就会见到冷裂纹。如果说氢延迟开裂特性，只要低于一定温度就会见到冷裂纹。如果说氢促使开裂具有延迟特性，则无潜伏期开裂应该认为氢未发生影促使开裂具有延迟特性，则无潜伏期开裂应该认为氢未发生影响。所以，这类冷

34、裂纹称响。所以，这类冷裂纹称“淬硬裂纹淬硬裂纹”，主要与淬硬组织的存，主要与淬硬组织的存在有联系。在有联系。铸铁或硬质合金等脆性村料焊接时，很易产生冷裂纹，而且均不会铸铁或硬质合金等脆性村料焊接时，很易产生冷裂纹，而且均不会有潜伏期，有潜伏期，主要是本身延性太低主要是本身延性太低，在热应力作用导致开裂，与，在热应力作用导致开裂，与氢的作用无关。这类裂纹可称为氢的作用无关。这类裂纹可称为“低塑性裂纹低塑性裂纹”。5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineeri

35、ng5.3.1 焊接冷裂条件与特征焊接冷裂条件与特征 2 2冷裂纹特征冷裂纹特征（续）（续） （3 3）断口特征）断口特征 从宏观上看，断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征，从宏观上看，断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征，未有氧化色彩。未有氧化色彩。从微观上看，也不像热裂纹那样单纯只是晶间断裂特征，从微观上看，也不像热裂纹那样单纯只是晶间断裂特征，而常可见沿晶与穿晶断口共存。而常可见沿晶与穿晶断口共存。5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5

36、.3.2 延迟裂纹机理延迟裂纹机理 裂纹的延迟出现还与温度有密切关系。钢中的延迟破坏只是在一裂纹的延迟出现还与温度有密切关系。钢中的延迟破坏只是在一定的温度区间发生定的温度区间发生(-100+100)，温度太高则氢易逸出，温度，温度太高则氢易逸出，温度太低则氢的扩散受到抑制，因此都不会产生延迟现象的断裂。太低则氢的扩散受到抑制，因此都不会产生延迟现象的断裂。 5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影响延迟裂纹的三个因素及判据影响延迟

37、裂纹的三个因素及判据 结合焊接的具体情况，结合焊接的具体情况，Granjon提出延迟裂纹的形成是提出延迟裂纹的形成是焊接接头含氢量焊接接头含氢量、焊接接头金属中所承受的拉应力焊接接头金属中所承受的拉应力及及钢材淬硬倾向造成的金属塑性储备下降钢材淬硬倾向造成的金属塑性储备下降三个因素交互三个因素交互作用的结果作用的结果 1 1材料的淬硬倾向材料的淬硬倾向 影响材料的淬硬倾向主要决定于材料的化学成分、影响材料的淬硬倾向主要决定于材料的化学成分、所采用的焊接工艺和冷却条件以及板厚等因素。所采用的焊接工艺和冷却条件以及板厚等因素。（1）淬火形成脆硬的马氏体组织）淬火形成脆硬的马氏体组织（2）淬硬形成更

38、多的晶格缺陷）淬硬形成更多的晶格缺陷 判据：判据：Hmax，CE等。等。5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影响延迟裂纹的三个因素及判据影响延迟裂纹的三个因素及判据 2 2氢的作用氢的作用 扩散氢对冷裂的产生和扩展起了决定性的作用扩散氢对冷裂的产生和扩展起了决定性的作用, “残余扩散残余扩散氢氢” ,判据，临界扩散氢含量判据，临界扩散氢含量HCR。5.2 5.2 焊接热裂纹焊接热裂纹焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理 第第5章章 焊接裂纹焊接裂纹School of Material and Chemical Engineering5.3.3 影响延迟裂纹的三个因素及判据影响延迟裂纹的三个因素及判据 3 3接头的应力状态。接头的应力状态。（焊接条件下主要存在三种应力）（焊接条件下主要存在三种应力） 不均匀加热及冷却过不均匀加热及冷却过程中所产生的