焊接复习题实用教案

1、 焊接焊接是利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种(tn zhn)或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。第1页/共102页第一页，共103页。焊接(hnji)的特点 优点：焊接结构产品的质量轻，生产成本低。 整体性好，具有良好的气密性、水密性 投资少、见效快 适用于几何尺寸大而材料较分散的制品 简化(jinhu)金属结构的加工工艺，缩短加工周期 不足： 结构无可拆性。 焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。 焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外(ywi)破坏。第2页/共102页第二页，共103页。 焊接化

2、学冶金过程(guchng)：熔化焊时，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程(guchng)。 要点：各种物质包括气体、液态金属、熔渣。第3页/共102页第三页，共103页。普通化学冶金过程和焊接(hnji)化学冶金过程对比 普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，在放牧特定的炉中进行。 焊接(hnji)化学冶金过程是金属在焊接(hnji)条件下，再熔炼的过程，焊接(hnji)时焊缝相当高炉。 二者共同点：金属冶炼加工。第4页/共102页第四页，共103页。 不同点： 1 1）原材料不同 普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。 焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。 2 2）目的不同 普冶：提炼金属(jn

3、sh)(jnsh)； 焊冶：对金属(jnsh)(jnsh)再熔炼，以满足构件性能第5页/共102页第五页，共103页。焊条焊条(hntio)(hntio)的加热的加热 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。电弧热：焊接电弧传给焊条电弧热：焊接电弧传给焊条(hntio)(hntio)端部的热量。端部的热量。化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。 第6页/共102页第六页，共103页。 熔滴过渡(gud)形式 短路过渡(gud)、颗粒过渡(gud)、附壁过渡(gud)、射流过渡(gud)、旋转射

4、流过渡(gud)。 碱性焊条：短路过渡(gud)和大颗粒过渡(gud)；酸性焊条：细颗粒过渡(gud)和附壁过渡(gud)。 第7页/共102页第七页，共103页。焊缝熔池：熔焊时，在高温热源的作用下，母材将发生局部熔化(rnghu)，并与熔化(rnghu)了焊丝金属搅拌混合而形成焊接熔池。 熔池运动状态 1）液态金属密度差引起自由对流运动 2）表面张力差强迫(qing p)对流运动 3）熔池中各种机械力搅拌 4）对焊接质量的影响第8页/共102页第八页，共103页。焊接过程(guchng)中对熔融金属的保护保护(boh)方式 1、气渣联合保护(boh)2、渣保护(boh)3、气保护(boh)

5、4、真空保护(boh)5、自保护(boh)第9页/共102页第九页，共103页。焊接化学冶金(yjn)反应区及反应条件焊接方法(fngf)不同，冶金反应阶段也不同。以手工电弧焊为例，加以讨论 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。1) 水分蒸发2) 某些物质分解3) 铁合金氧化 第10页/共102页第十页，共103页。 2 2）、熔滴反应区 指熔滴形成. .长大. .脱离焊条(hntio).(hntio).过渡到熔池之前 特点: : ).).温度高 ).).与气体. .熔渣的接触面积大 ).).时间短速度快 ).).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌, ,混合. .第11页

6、/共102页第十一页，共103页。 3 3、熔池反应区 1 1）、熔池T 1600T 160019001900低于熔滴T T 比表面积 2 )2 )、接触面积小3 3130 130 3 3）、时间(shjin)(shjin)长 手工焊3 38 8秒埋弧焊625s625s 4 4）、搅拌没有熔滴阶段激烈 5 5）、熔池温度不均匀的 突出特点 第12页/共102页第十二页，共103页。焊接工艺条件(tiojin)与化学冶金反应的关系 焊接规范：焊接金属（焊条、焊丝）和局部熔化的母材组成。 （一）、熔合比的影响 熔合比：焊缝(hn fn)金属中，局部熔化的母材所占的比例。第13页/共102页第十三页

7、，共103页。气体的来源和产生气体的来源和产生 1. 1.来自焊接材料来自焊接材料 焊条电弧焊用焊条其药皮中都含有造气剂，如淀粉、木粉大理石和白云石等，加焊条电弧焊用焊条其药皮中都含有造气剂，如淀粉、木粉大理石和白云石等，加热时产生分解或燃烧，析出大量气体，如热时产生分解或燃烧，析出大量气体，如H2H2、CO2 CO2 等。用潮湿的焊条或焊剂焊接时将析出水汽。等。用潮湿的焊条或焊剂焊接时将析出水汽。采用气体保护焊时，焊接区的气体主要来自保护气，如采用气体保护焊时，焊接区的气体主要来自保护气，如ArAr、CO2CO2。 2.2.来自空气来自空气 焊条药皮中的造气剂不能完全排除焊接区的空气，例如，

8、采用焊条电弧时，堆焊金属焊条药皮中的造气剂不能完全排除焊接区的空气，例如，采用焊条电弧时，堆焊金属中还含有体积分数为中还含有体积分数为0.025%0.025%的的N2N2（空气是（空气是N2N2的主要来源），据估算，焊接区内空气的体积分的主要来源），据估算，焊接区内空气的体积分数约占数约占3%3%左右。左右。3.3.来自焊丝来自焊丝(hn s)(hn s)和母材金属表面上的杂质和母材金属表面上的杂质 如油污、铁锈、油漆、吸附的水分等，这些物质受如油污、铁锈、油漆、吸附的水分等，这些物质受热后将析出气体进入焊接区内。热后将析出气体进入焊接区内。 4.4.来自高温蒸发产生的气体来自高温蒸发产生的气

9、体 弧焊时，由于电弧和斑点的高温，当熔滴过渡时，一部分熔滴金属被弧焊时，由于电弧和斑点的高温，当熔滴过渡时，一部分熔滴金属被加热蒸发，产生金属气体，进入电弧区内。例如焊接黄铜时，由于黄铜内锌的沸点较低，仅为加热蒸发，产生金属气体，进入电弧区内。例如焊接黄铜时，由于黄铜内锌的沸点较低，仅为906906，因此被大量蒸发，在焊接区形成一层锌的白色烟雾。，因此被大量蒸发，在焊接区形成一层锌的白色烟雾。 第14页/共102页第十四页，共103页。氮与金属(jnsh)作用 (一) 氮与金属(jnsh)作用有两种情况 1、不与氮发生作用的金属(jnsh)，即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作为保护气体。例：

10、 2、与氮发生作用的金属(jnsh)，即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属(jnsh)的氮化。例： （二）氮对焊接质量的影响 1) 时效脆化 2) 气孔 3) 有利一面 ：可作为合金元素加入钢中，一般指高合金钢 。第15页/共102页第十五页，共103页。氢的溶解(rngji)(rngji)机构 焊接区为氢可以处于分子、原子(yunz)和离子状态 1).氢以原子形式溶入2).以 溶入 3).以 溶入 OHH第16页/共102页第十六页，共103页。的影响的影响(yngxing)因素因素氢与金属作用的特点(tdin)，把金属分为两类 与氢形成稳定氢化物的金属 不与氢形成稳定氢化物

11、的金属 合金元素的影响 ：氢在铁中溶解度受合金元素影响 bairNTVTZ.0.MCCNFraie第17页/共102页第十七页，共103页。氢对焊接质量(zhling)的影响 暂态现象：脆化、白点、经时效、热处理可消除(xioch) 永久现象：气孔、改变组织、显微斑点、冷裂纹、不可消除(xioch) 氢脆 氢在室温附近， 氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降现象 第18页/共102页第十八页，共103页。熔渣与金属熔渣与金属(jnsh)(jnsh)的作用的作用 熔渣：电焊条药皮，焊剂溶化形熔渣：电焊条药皮，焊剂溶化形成的金属及非金属氧化物及复合物。成的金属及非金属氧化物及复合物。 一、焊接

12、熔渣一、焊接熔渣（一）熔渣的作用、成分及分类（一）熔渣的作用、成分及分类(fn li) 1.熔渣的作用熔渣的作用 1).机械保护作用机械保护作用 2).冶金处理作用冶金处理作用 3).改善工艺性能改善工艺性能 第19页/共102页第十九页，共103页。2.熔渣的成分熔渣的成分(chng fn)和分和分类类 1).熔渣成分：大体熔渣成分：大体(dt)由氧由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复盐类组成是多种化学组成的复杂体系。杂体系。 2).熔渣分为三类熔渣分为三类 第一类第一类 氧化物型氧化物型 第二类第二类 盐盐氧化物型氧化物型 第三类第三类 盐型盐

13、型 第20页/共102页第二十页，共103页。合金过渡的目的合金过渡的目的(md)(md)及方式及方式（一）目的（一）目的(md):(md):补尝补尝; ;改善改善; ;特特殊性能殊性能（二）方式：（二）方式：1. 1.应用合金焊丝或带应用合金焊丝或带极极 2. 2.应用药芯焊丝应用药芯焊丝或药芯焊条或药芯焊条 3. 3.应用合应用合金药皮或粘结焊剂金药皮或粘结焊剂 4. 4.应用合金粉未应用合金粉未第21页/共102页第二十一页，共103页。第二章第二章 焊接焊接(hnji)(hnji)材料材料焊条的牌号焊条的牌号 以结构钢为例：牌号以结构钢为例：牌号,编制法。结编制法。结XXX,结为结结为

14、结构钢焊条；第构钢焊条；第3个数字：表药皮类型个数字：表药皮类型,焊接电流焊接电流要求；第要求；第1、2数数:代表焊缝代表焊缝(hn fn)金属抗金属抗拉强度拉强度 。第22页/共102页第二十二页，共103页。以结构钢为例，型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度(kn l qin d)，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。第23页/共102页第二十三页，共103页。焊条焊条(hntio)的组成的组成、 焊芯焊丝作用：导电、填充(tinchng)金属 焊芯材料有选择性:用量最多的是H08、H08A，还有H08E。 2、 药皮作用：

15、机械保护作用、冶金处理作用、工艺性能良好 第24页/共102页第二十四页，共103页。焊条(hntio)的工艺性能1.焊接电弧的弧定性(稳弧性) 控制低氢型焊条稳弧性方法：a)CaCO3/CaF2比例控制并加入K1.62.5、K2CO3 K0G0，结晶界面呈平面型。，结晶界面呈平面型。第37页/共102页第三十七页，共103页。2、 胞状结晶(jijng)产生(chnshng)条件：过冷度很小。特征：断面六角形，细胞或蜂窝状。第38页/共102页第三十八页，共103页。3、胞状树枝结晶 产生条件：过冷度稍大。特征(tzhng)：主干四周伸出短小二次横枝，纵向树枝晶断面胞状。第39页/共102页

16、第三十九页，共103页。4 4、 树枝状结晶产生条件：过冷度较大。特征：主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到(d do)(d do)很好的生长。第40页/共102页第四十页，共103页。5、等轴晶产生条件：过冷度大。特征：结晶(jijng)前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发生核，形成自由长大的等轴树枝晶。 第41页/共102页第四十一页，共103页。化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一 种偏析现象。偏析：在熔池进行结晶的过程中，由于(yuy)冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现所谓偏析现象 1.显微偏析：枝晶偏析指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或

17、树枝 状晶的晶枝之间的偏析。 2、宏观偏析（区域偏析）指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后凝固的部位发生较严重的偏析.第42页/共102页第四十二页，共103页。3.3.层状偏析层状偏析由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝横断面经浸蚀之后，可以看到颜色由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝横断面经浸蚀之后，可以看到颜色(yns)(yns)深浅不同的分层结深浅不同的分层结构形态称为结晶层。构形态称为结晶层。1 1）特征）特征 (1) (1)晶粒主轴与层状线垂直晶粒主轴与层状线垂直, , 越先靠近熔合线处越清析，远

18、离熔合线不清晰，线距越宽。越先靠近熔合线处越清析，远离熔合线不清晰，线距越宽。(2)(2)层状线与熔合线轮廓相似，但层与层的间距并不相等。层状线与熔合线轮廓相似，但层与层的间距并不相等。第43页/共102页第四十三页，共103页。(3)层状线的存在，一般相溶质(特别是硫)的不均匀分布有重要关系。可将每一个结晶层大体区分为三个小区域： 初始区 溶质富集区，即溶质成分高于平均浓度的区域。在侵蚀照片上呈最暗黑的颜色(yns)。 中间区 为平均浓度区，是结晶层中最宽的一段其特征为溶质成分均匀，颜色(yns)稍暗。 结尾区 为溶质贫化区，即溶质成分低于平均浓度的区域，颜色(yns)最为浅淡。（）层状线不

19、是连续的，是间断的链状偏析带第44页/共102页第四十四页，共103页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)固态相变固态相变 一、低碳钢焊缝的固态相变组织一、低碳钢焊缝的固态相变组织 低碳钢焊缝组织：低碳钢焊缝组织：F F少量少量P P过热时产生过热时产生W(W(魏氏魏氏(wi sh)(wi sh)组组织织) )。改善组织条件：改善组织条件：1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。体，使柱状晶组织破坏。2 )2 )焊后热处理：加热，柱状晶消失。焊后热处理：加热，柱状晶消失。3)3)冷却速度：冷却速度冷却速度：冷却速度，硬度，硬度第45页/共10

20、2页第四十五页，共103页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)中铁素体的类型中铁素体的类型 （1）粒界铁素体(GBF)(先共析铁素体PF) （2）侧板条铁素体（FSP） FSPFerrite Side Plate（3）针状铁素体（AF） AF-Acicular Ferrite （4）细晶铁素体(FGF)、(贝氏体铁素体)第46页/共102页第四十六页，共103页。1 1、氢气、氢气(qn q)(qn q)孔孔 特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑形，气孔的四周有光滑(gung

21、hu)(gung hu)内壁。有个别残存在内部，以小圆球状内壁。有个别残存在内部，以小圆球状存在。存在。 产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。 第47页/共102页第四十七页，共103页。2 2、COCO气孔气孔(qkng) (qkng) 特征：焊缝内部，条虫状，

22、表面光滑。特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。 产生原因：高温冶金反应。产生原因：高温冶金反应。COCO不溶于不溶于液态金属，在高温时，液态金属，在高温时，COCO以气泡的形以气泡的形式猛烈地逸出，但熔池结晶时，式猛烈地逸出，但熔池结晶时，COCO不易逸出。此反应为吸热反应，促不易逸出。此反应为吸热反应，促使使(csh)(csh)结晶速度加快，结晶速度加快，COCO形成气形成气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫形气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫形气孔。孔。第48页/共102页第四十八页，共103页。二、气孔形成二、气孔形成(xngchng)(xngchng)机机理理 气孔的形成：生核气孔的形成：生核

23、-长大长大-逸出：逸出： 1 1）浮出：无气孔）浮出：无气孔 2 2）浮不出：气孔）浮不出：气孔1 1、 气泡的生核气泡的生核具备条件：液态金属中有过饱和的气体具备条件：液态金属中有过饱和的气体 要消耗要消耗(xioho)(xioho)一定的能量一定的能量 第49页/共102页第四十九页，共103页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)性能控制性能控制在焊接工作中用于改善焊缝金属性能的途径很多，但主要在焊接工作中用于改善焊缝金属性能的途径很多，但主要(zhyo)(zhyo)是焊缝的固溶强化、变质处理（微合金是焊缝的固溶强化、变质处理（微合金化）和调整焊接工艺化）和调整焊接工艺 。、。、第50页

24、/共102页第五十页，共103页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)金属的固溶强化和金属的固溶强化和变质处理变质处理 对于低合金结构钢的焊缝金属，最有害的脆化元素是S，P，N，o，H，必须加以限制。铁素体化元素与奥氏体化元素的影响有些差异。一般来说，铁素体化元素对韧性不太有利，强化作用越强烈，对韧性越有害。奥氏体化元素中c的作用最为不利(bl)；而Mn与Ni则在相当大的含量范围内有利于改善焊缝韧性。 Mn、Si固溶强化 Ti、B变质处理 V、Nb、Mo二者兼有。第51页/共102页第五十一页，共103页。第四章 焊接(hnji)热影响区组织和性能 热影响区：熔焊中，在热源的作用下焊缝两侧的金

25、属( jnsh)区域发生组织和性能上的改变“热影响区”或“近缝区”。 第52页/共102页第五十二页，共103页。焊接热循环:在焊接热流(rli)作用时,焊件上某一点P的温度随时间的变化过程焊接热循环的主要参数 1.加热速度(H) 2.加热的最高温度(Tm): 3.在相变温度以上的停留时间(tH) ：4.冷却速度(c)或冷却时间:第53页/共102页第五十三页，共103页。多层焊热循环的特点(tdin) 多层焊主要考虑焊道层数和层间温度。 层间温度：多层焊时，开始焊接后一焊层时前一层焊道所具有的最低温度即为层间温度。对后一焊道面言，前一焊道具有预热作用，层间温度相当开预热温度；对前一焊道来说，

26、后一焊道应该起后热作用，产生(chnshng)一定热处理效果。第54页/共102页第五十四页，共103页。焊接热循环条件下的金属焊接热循环条件下的金属(jnsh)(jnsh)组织转变特组织转变特点点 1.加热温度高 2.加热速度快 3.高温停留时间短 4.自然冷却(lngqu) 5.局部加热 第55页/共102页第五十五页，共103页。焊接热影响焊接热影响(yngxing)(yngxing)区的组织分区的组织分布布焊接(hnji)结构钢： 根据热处理特性不同分为两类: 淬火钢,不易淬火钢,第56页/共102页第五十六页，共103页。1. 1.不易淬火钢不易淬火钢: :如低碳钢如低碳钢, ,某些

27、不易淬硬的低合金钢某些不易淬硬的低合金钢, ,如如16Mn.15MoV.15MnTi16Mn.15MoV.15MnTi等等 1).1).熔合区熔合区 2).2).过热过热(u r)(u r)区区 3).3).相变重结晶区相变重结晶区 4).4).不完全重结晶区不完全重结晶区 对于低碳钢对于低碳钢, ,一些淬硬倾向一些淬硬倾向不大的钢不大的钢16Mn.15MnTi16Mn.15MnTi等等) )除过热除过热(u r)(u r)区外区外其它各区组织基本相同其它各区组织基本相同. . 低碳钢过热低碳钢过热(u r)(u r)区主要是魏氏组织区主要是魏氏组织W W第57页/共102页第五十七页，共10

28、3页。2.2.易淬火易淬火(cu hu)(cu hu)钢钢 此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热处理有关.焊前热处理: 退火,正火,调质(淬火+高回火(hu hu) 1).完全淬火区 2).不完全淬火区 3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状态)回火(hu hu)区以下,发生不同程度的回火(hu hu)处理回火(hu hu)区.组织性能变化取决于焊前调质状态的温度.第58页/共102页第五十八页，共103页。焊接(hnji)热影响区的脆化1)粗晶脆化产生原因:合金因素。 对于不易淬火钢,主要(zhyo)是晶粒长大,形成粗大魏氏组织(W),易淬火钢,产生脆硬的孪晶M.此区处在焊缝与母材的过渡

29、地带,物理化学的不均匀性 。组织脆化（1）M-A组元脆化（2）析出脆化（3）遗传脆化第59页/共102页第五十九页，共103页。3 3）.HAZ.HAZ的热应变的热应变(yngbin)(yngbin)时时效脆化效脆化(1)(1)静应变静应变(yngbin)(yngbin)时效脆化时效脆化(2)(2)动应变动应变(yngbin)(yngbin)时效脆化时效脆化第60页/共102页第六十页，共103页。第五章第五章焊接焊接(hnji)(hnji)裂裂纹纹第61页/共102页第六十一页，共103页。 分类(fn (fn li): li): 1、 按裂纹(li wn)分布的走向分 纵向(zn xin)

30、裂纹2 2、 按裂纹发生部位分按裂纹发生部位分 横向裂纹 纵向裂纹 星形（弧形裂纹）焊缝金属中裂纹 热影响区中裂纹焊缝热影响区贯穿裂纹第62页/共102页第六十二页，共103页。1)1)、热裂纹、热裂纹(li (li wn)wn)分类分类a.a.结晶裂纹：在凝固的过程结晶裂纹：在凝固的过程-结晶过程中产生结晶过程中产生b.b.高温液化裂纹：在高温下产生高温液化裂纹：在高温下产生, ,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作用重新溶化，在收缩应力作用(zuyng)(zuyng)下下, ,沿奥氏体晶间发生开裂沿奥氏体晶间发生开裂c.c.

31、多边化裂纹：产生温度低于固相线温度多边化裂纹：产生温度低于固相线温度, ,存在晶格缺陷存在晶格缺陷( (位错和空位位错和空位),),物理化物理化学的不均匀性学的不均匀性, ,在应力作用在应力作用(zuyng)(zuyng)下下, ,缺陷聚集形成多边化边界缺陷聚集形成多边化边界, ,使强度塑使强度塑性下降性下降, ,沿多边化边界开裂沿多边化边界开裂, ,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。第63页/共102页第六十三页，共103页。冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)分类：分类：a.a.延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟延迟裂纹：特

32、点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。裂纹。b. b.淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹（与氢淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹（与氢含量含量(hnling)(hnling)关系不大）。关系不大）。 c. c.低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下，由于收缩应变超过了材料本身的低塑性脆化裂纹：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裂纹。塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。第64页/共102页第六十四页，共103页。 4 4）、层状撕裂）、层状撕裂(s li)(s li)： 由于轧制母材内部存在有分层的

33、夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂(dun li)并有穿晶发展。 第65页/共102页第六十五页，共103页。三、热裂纹(li wn)与冷裂纹(li wn)的基本特点 裂纹裂纹热裂纹热裂纹冷裂纹冷裂纹产生温度高温下产生低温下产生宏观特征沿焊缝的轴向成纵向分布,也有横向分布，裂口均有氧化色彩表面无光泽断口具有发亮的金属光泽微观特征沿晶粒边界分布，属于沿晶断裂性质晶间断裂，也有穿晶内断裂，也有晶间和穿晶混合断裂产生部位焊缝、热影响区热影响区、焊缝本节结束(jish)第66页/共102页第六十六页，共103页。5-2 5-2 焊

34、接焊接(hnji)(hnji)热裂纹热裂纹 一、结晶裂纹 1、 产生机理 1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的，常见(chn jin)沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝内部两个树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上某些高强钢，含杂质较多的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。第67页/共102页第六十七页，共103页。2）、熔池各阶段产生结晶(jijng)裂纹的倾向 在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生(chnshng)结晶裂

35、纹。 产生(chnshng)结晶裂纹原因：液态薄膜 拉伸应力 液态薄膜根本原因 拉伸应力必要条件第68页/共102页第六十八页，共103页。固液阶段：这一区也固液阶段：这一区也称为称为(chn wi)“(chn wi)“脆脆性温度区性温度区”即图上即图上a a、b b之间的温度范围之间的温度范围固相阶段固相阶段(jidun)(jidun)：也叫完：也叫完全凝固阶段全凝固阶段(jidun)(jidun)以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分为以下(yxi)三个阶段液固阶段：（液固阶段：（1 1区）区） T Tb b称为脆性温度区，在此区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金称为脆性温度区，在此区间易产生结晶裂

36、纹，杂质较少的金属属, 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，产生裂纹的大，产生裂纹的倾向也大倾向也大 第69页/共102页第六十九页，共103页。近缝区液化近缝区液化(yhu)(yhu)裂纹裂纹 1 1、 产生部位及材料产生部位及材料 通常产生在母材的热影响区的粗晶区，也可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹通常产生在母材的热影响区的粗晶区，也可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹属于晶间开裂属于晶间开裂(ki li)(ki li)性质，裂纹断口呈典型的晶间开裂性质，裂纹断口呈典型的晶间开裂(ki li)(ki li)特征。特征。 2

37、2、 产生原因产生原因 1 1）、近缝区晶界处存在低熔点杂质）、近缝区晶界处存在低熔点杂质 2 2）、近缝区存在晶间液膜）、近缝区存在晶间液膜( (低熔点共晶体低熔点共晶体) ) 第70页/共102页第七十页，共103页。多边多边(dubin)(dubin)化裂纹化裂纹 形成条件（形成机理）形成条件（形成机理） 多边化现象，焊缝金属中存在很多高多边化现象，焊缝金属中存在很多高密度的位错在高温和应力的共同作用密度的位错在高温和应力的共同作用下，位错极易运动，在不同平面上运下，位错极易运动，在不同平面上运动的刃型位错遇到障碍动的刃型位错遇到障碍(zhng i)(zhng i)时时可能发生攀移，由原

38、来的水平组合变可能发生攀移，由原来的水平组合变成后来的垂直组合，即形成成后来的垂直组合，即形成“位错壁位错壁”就是多边化现象。就是多边化现象。 第71页/共102页第七十一页，共103页。2 2、特点、特点(tdin) (tdin) 1 1）、发生部位与材料）、发生部位与材料 发生在焊缝中，常见于单相奥氏钢或纯金属的焊发生在焊缝中，常见于单相奥氏钢或纯金属的焊缝金属缝金属 裂纹走向：以任意方向贯穿树枝状结晶裂纹走向：以任意方向贯穿树枝状结晶2 2）、常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近，多）、常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近，多边化裂纹总是边化裂纹总是(zn sh)(zn sh)迟于再结晶迟于

39、再结晶3 3）、裂纹多发生在重复受热金属中（多层焊）、裂纹多发生在重复受热金属中（多层焊）4 4）、断口呈现出高温低塑性断裂）、断口呈现出高温低塑性断裂第72页/共102页第七十二页，共103页。结晶裂纹(li wn)的影响因素冶金(yjn)因素：A 合金状态图的类型和结晶温度区间 结晶裂纹倾向的大小是随合金状态图结晶温度区间的增大而增加的； B 合金元素对结晶裂纹的影响 硫化磷 碳 锰 硅 钛 锆和稀土 镍 氧 ；C 结晶凝固组织形态对结晶裂纹的影响因素 晶粒越粗，柱状晶的方向越明显，产生结晶裂纹的倾向就越大。力学性能：焊接时脆性温度区间内金属的属性要小于脆性温度区间内金属承受的拉伸应变，焊

40、接承受的拉伸应力在某一温度超过金属的晶间强度，会产生裂纹 。第73页/共102页第七十三页，共103页。防止(fngzh)措施 冶金因素方面： 控制焊缝中硫 磷 碳 有害杂质的含量；改善焊缝凝固结晶(jijng)，细化晶粒是提高抗裂性的重要途径 工艺因素方面：焊接工艺及工艺参数；接头形式；焊接次序 第74页/共102页第七十四页，共103页。5-3 5-3 焊接焊接(hnji)(hnji)冷裂纹冷裂纹 1.产生温度产生温度(wnd):Ms点附近或点附近或200300以下温度以下温度(wnd)区间区间 2.产生的钢种和部位产生的钢种和部位:发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响发生在

41、高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝合金发生在焊缝 3.裂纹的走向：沿晶、穿晶裂纹的走向：沿晶、穿晶 4.产生时间产生时间:可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间一、冷裂纹一、冷裂纹(li wn)(li wn)的一般的一般特征特征 第75页/共102页第七十五页，共103页。二、冷裂纹二、冷裂纹(li wn)(li wn)种类种类延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它不是(b shi)焊后出现，因此危害性更大 延迟延迟(ynch)(ynch)裂纹三种形态裂纹三种形态 ：1

42、）、焊趾裂纹缝边裂纹 2）、焊道下裂纹3）、根部裂纹第76页/共102页第七十六页，共103页。三、延迟三、延迟(ynch)(ynch)裂纹的机理裂纹的机理 高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主要(zhyo)是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。延迟裂纹的开裂过程存在这两个不同的过程，即裂纹的起源和裂纹的扩展，扩展到一定情况下，发生断裂，我们只从宏观的角度阐述一下产生延迟裂纹的三要素。第77页/共102页第七十七页，共103页。1 1、钢种、钢种(gngzhng)(gngzhng)的淬硬倾向的淬硬倾向 焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结焊接接

43、头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结构板厚及冷却条件。钢种淬硬倾向越大，越容易产生裂纹构板厚及冷却条件。钢种淬硬倾向越大，越容易产生裂纹(li wn)(li wn)，其原，其原因为因为 ：1 1）、形成脆硬的马氏体）、形成脆硬的马氏体 2 2）、淬硬产生）、淬硬产生(chnshng)(chnshng)晶格的缺晶格的缺陷陷 第78页/共102页第七十八页，共103页。1）形成(xngchng)脆硬的马氏体 马氏体是碳在铁中的过饱和固溶体，碳原子以间隙(jin x)原子存在于晶格之中，使铁原子偏离平衡位置，晶格发生较大的畸变，致使组织处于硬化状态。因此，当有马氏体存在时，裂纹易

44、于形成和扩展。第79页/共102页第七十九页，共103页。 马氏体的形状 条状马氏体：含碳量小于0.3%C，呈条状Ms点较高，在转变后起到自行回火作用，有一定韧性 片状马氏体：含碳量高时，形成(xngchng)片状马氏体，片内存着平行状的孪晶，硬度高，组织脆，对裂纹敏感 组织对冷裂纹的敏感倾向 F、PBL 条状M 上贝氏体粒状 M-AMT 可知孪晶马氏体对裂纹最敏感第80页/共102页第八十页，共103页。 2）淬硬产生(chnshng)晶格的缺陷 材料在淬硬后，会产生较多的晶格缺陷（淬火后出现的晶格缺陷主要是空位和位错，相变应力的作用下产生较多的位错）。在焊接应力作用下，空位与位错发生移动聚

45、集，当达到一定浓度时，形成裂纹(li wn)源，最终扩展成为裂纹(li wn)。第81页/共102页第八十一页，共103页。2 2、氢的作用、氢的作用(zuyng) (zuyng) 氢是引起高强钢焊接时产生延氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的重要因素之一迟裂纹的重要因素之一, ,氢具有延氢具有延迟作用迟作用, ,由氢引起的延迟裂纹称为由氢引起的延迟裂纹称为(chn wi)(chn wi)氢致裂纹也称氢诱氢致裂纹也称氢诱发裂纹发裂纹. .氢致裂纹氢致裂纹Hydrogoundacpd Hydrogoundacpd CrackCrack第82页/共102页第八十二页，共103页。 3 3、焊接、焊接

46、(hnji)(hnji)接头的拘束应接头的拘束应力力 1 1）、焊接接头的拘束应力）、焊接接头的拘束应力 a a、热应力与母材焊条金属的热物理、热应力与母材焊条金属的热物理性质及刚度有关性质及刚度有关 b b、组织应力、组织应力相变、组织比容不同相变、组织比容不同而产生而产生 c c、附加、附加(fji)(fji)应力应力结构自身拘束结构自身拘束条件所造成的应力包括结构的形式、条件所造成的应力包括结构的形式、焊缝位置、施焊的顺序焊缝位置、施焊的顺序 第83页/共102页第八十三页，共103页。定义：相当于为使焊接接头根部间隙定义：相当于为使焊接接头根部间隙(jin x)弹弹性位移单位长度时，单

47、位长度焊缝所受的力的性位移单位长度时，单位长度焊缝所受的力的大小。即定义为拘束度。符号：大小。即定义为拘束度。符号：R 2）、拘束度：表示(biosh)母材对反作用力的刚度第84页/共102页第八十四页，共103页。防止(fngzh)冷裂纹的途径冶金方面(fngmin) ：采用优质的低氢高韧焊接材料 严格控制氢的来源 如焊前烘干焊条、焊剂，仔细清除焊件上焊接区的油污、水锈等 通过焊接材料向焊缝添加合金元素，细化焊缝晶粒，提高焊缝金属的塑性，有利于防止冷裂 采用奥氏体焊条，奥氏体组织塑性好，可以减少焊接接头的残余应力，同时，奥氏体组织的焊缝能溶解较多的氢 工艺措施方面(fngmin)：焊前预热，

48、后热或焊后缓冷；合适的焊接线能量；焊后热处理。 第85页/共102页第八十五页，共103页。再热裂纹再热裂纹(li wn) (li wn) 定义：焊后再加热, ,消除应力(yngl)(yngl)退火, ,高温工作时500600500600过程中产生裂纹称再热裂纹。一、再热裂纹的特征一、再热裂纹的特征 1、再热裂纹产生部位：、再热裂纹产生部位：近缝区的粗晶区，止裂于细晶区，沿晶间开裂，裂纹大部分晶间断裂，沿熔合线方向在奥氏体粗晶粒边界发展第86页/共102页第八十六页，共103页。2 2、 敏感的温度范围敏感的温度范围: :一般在一般在500500700700低于低于500500或高于或高于70

49、0,700,再加热不易出现再再加热不易出现再热裂纹热裂纹3 3、有大量、有大量(dling)(dling)的内应力存在，及的内应力存在，及应力集中应力集中: :在大拘束度的厚件或应力集中在大拘束度的厚件或应力集中部位易产生再热裂纹部位易产生再热裂纹4 4、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中. . 晶界滑动晶界滑动微裂微裂扩展扩展裂纹裂纹第87页/共102页第八十七页，共103页。二、产生(chnshng)机理 一般条件一般条件 e ec e ec 产生裂纹产生裂纹 e e产生裂纹的晶界微观局部的实际塑性变形量产生裂纹的晶界微观局部的实际塑性变形量 ec ec：产

50、生裂纹的晶界微观局部的塑性变形能力：产生裂纹的晶界微观局部的塑性变形能力 e e实际塑性应变：接头的残余应力实际塑性应变：接头的残余应力(yngl)(yngl)经再加热产生应力经再加热产生应力(yngl)(yngl)松驰而引起，与接头的拘束度残余应力松驰而引起，与接头的拘束度残余应力(yngl)(yngl)，应力，应力(yngl)(yngl)集中有关。集中有关。 第88页/共102页第八十八页，共103页。5-5 5-5 层状撕裂层状撕裂(s li) (s li) 1 1、产生的部位和形状、产生的部位和形状 宏观形状：在外观上具有阶梯状的形式，由基本上平行于轧制方向表面宏观形状：在外观上具有阶

51、梯状的形式，由基本上平行于轧制方向表面的平台与大体上垂直于平台的剪切壁所组成。的平台与大体上垂直于平台的剪切壁所组成。 微观形状：扫描电镜观察低倍下：断口表面呈典型的木纹状，是层层平微观形状：扫描电镜观察低倍下：断口表面呈典型的木纹状，是层层平台在不同高度分布台在不同高度分布(fnb)(fnb)的结果的结果 部位：母材或热影响区部位：母材或热影响区 一、特征一、特征(tzhng)及及危害性危害性 第89页/共102页第八十九页，共103页。 种类种类 依产生部位分依产生部位分: : 第一类是在焊接热影响第一类是在焊接热影响区焊趾或焊根区焊趾或焊根 冷裂冷裂纹诱发而形成层状措裂；纹诱发而形成层状

52、措裂； 第二类热影响区沿夹杂第二类热影响区沿夹杂(jiz)(jiz)开裂；开裂； 第三类远离热影响区母第三类远离热影响区母材中沿夹杂材中沿夹杂(jiz)(jiz)开开裂裂MnSMnS片状夹杂片状夹杂(jiz)(jiz)较多。较多。第90页/共102页第九十页，共103页。二、形成机理及影响(yngxing)因素 ( 一 ) 、 层 状 撕 裂 的 形 成(xngchng)过程1、厚板结构中焊接时刚性拘束条件下，产生较大的Z向应力和应变，当应变达到超过材料的形变能力之后，夹杂物与金属基体之间弱结合面发生脱离，形成显微裂纹，裂纹尖端的缺口效应造成应力、应变的集中，迫使裂纹沿自身所处的平面扩展(ku

53、zhn)，把同一平面而相邻的一群夹杂物连成一平，形成所谓的“平面”。 第91页/共102页第九十一页，共103页。2 2、与此同时相邻近的两个平台之间的裂、与此同时相邻近的两个平台之间的裂纹尖端处，在应力应变影响下在剪切应纹尖端处，在应力应变影响下在剪切应力作用下发生剪切断裂力作用下发生剪切断裂(dun li)(dun li)，形，形成成“剪切壁剪切壁“，这些平台和剪切壁在一，这些平台和剪切壁在一起，构成层状撕裂所持有的阶梯形状。起，构成层状撕裂所持有的阶梯形状。第92页/共102页第九十二页，共103页。(二)、影响(yngxing)因素 1、非金属夹杂(jiz)物的种类2、焊接Z向应力 3

54、、母材性能 热影响区产生淬硬组织、塑性下降; 加热150350出现应变时效，塑性、韧性下降4、氢的作用 氢集聚发生在夹杂(jiz)物和基体界面上的氢脆引起层状撕裂第93页/共102页第九十三页，共103页。四、防止(fngzh)措施 ( (一一) )选择母材选择母材 1 1 精炼钢精炼钢 2 2、控制夹杂、控制夹杂(jiz)(jiz)物物 冶炼降低杂质，脱冶炼降低杂质，脱S S加加TiTi、ZrZr或稀土元或稀土元素，促使夹杂素，促使夹杂(jiz)(jiz)物破碎、物破碎、球化球化( (成本高成本高) ) ( (二二) )设计和工艺措施设计和工艺措施1、 改变接头形式、降低焊接(hnji)应力2、 应尽量避免单