4-第四章-焊接裂纹2-2

4-第四章-焊接裂纹2-2第一页，共32页。第四章焊接缺陷及其控制焊接冶金

第二页，共32页。

主要内容

焊缝中的偏析和夹杂焊缝中的气孔焊接裂纹

焊接冶金

第四章焊接缺陷及其控制第三页，共32页。焊接冶金

主要内容

焊缝中的偏析和夹杂焊缝中的气孔焊接裂纹

第四章焊接缺陷及其控制第四页，共32页。焊缝中的偏析和夹杂焊接冶金

主要内容

焊接裂纹的种类和特征结晶裂纹的形成与控制延迟裂纹的形成与控制其它裂纹的形成与控制第五页，共32页。焊缝中的偏析和夹杂焊接冶金

主要内容

焊接裂纹的种类和特征结晶裂纹的形成与控制延迟裂纹的形成与控制其它裂纹的形成与控制第六页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施冶金措施1）改进母材的化学成分

2）严格控制氢的来源3）适当提高焊缝韧性4）低氢焊接材料和方法

从降低热影响区淬硬倾向的角度出发，采用低碳多种微量合金元素的强化方式，在提高强度的同时，也保证具有足够的韧性；采用精炼技术尽可能降低钢中的杂质，是硫、磷、氧和氢等元素控制在极低的水平。第七页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施冶金措施1）改进母材的化学成分

2）严格控制氢的来源3）适当提高焊缝韧性4）低氢焊接材料和方法

对焊丝与钢板坡口附近的铁锈和油污等应认真清理

对焊条、焊剂应仔细烘干，注意环境湿度，采取防潮措施。低氢焊条应在350℃、超低氢焊条应在400-450℃烘干2h，并应妥善保管，最好早保温箱或保温筒内存放，随用随取熔炼焊剂，焊前一般250℃烘干保温2h即可。烧结焊剂，特别是低温烧结焊剂，制造之后要密封存放，开封之后立即使用，不能存放过久，避免吸潮第八页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施冶金措施1）改进母材的化学成分

2）严格控制氢的来源3）适当提高焊缝韧性4）低氢焊接材料和方法

加入钛、铌、钼、钒、硼即稀土等微量元素可以提高焊缝金属韧性，在拘束应力的作用下，利用焊缝的塑性储备，减轻了热影响区负担，从而降低整个焊接接头的延迟裂纹敏感性。采用奥氏体焊条焊接某些淬硬倾向较大的中、低合金高强度钢，也能很好的避免延迟裂纹的产生。第九页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施冶金措施1）改进母材的化学成分

2）严格控制氢的来源3）适当提高焊缝韧性4）低氢焊接材料和方法

采用高强，高韧，超低氢的焊接材料，采用二氧化碳气体保护焊第十页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施工艺措施1）适当预热

2）严控热输入3）焊后低温热处理4）多层焊5）合金安排焊缝和焊接顺序

减少焊接过程中产生的热应力，降低冷却速度，有效的防止延迟裂纹的产生

预热温度过高，一方面恶化了工作条件，另一方面在局部预热的条件下，可能产生附加应力，反而会促进裂纹的产生。第十一页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施工艺措施1）适当预热

2）严控热输入3）焊后低温热处理4）多层焊5）合金安排焊缝和焊接顺序

从防止产生脆硬组织的角度考虑，应降低冷却速度或延长冷却时间。除了预热之外，适当增大热输入是有利的。

必须防止奥氏体晶粒过分粗化，以防形成有害的粗大的马氏体。一些重要的焊接结构，必须严格控制焊接热输入。既要防止热输入过大引起的晶粒粗化，又要防止热输入过小引起的热影响区淬硬第十二页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施工艺措施1）适当预热

2）严控热输入3）焊后低温热处理4）多层焊5）合金安排焊缝和焊接顺序

延迟裂纹一般在焊后几分钟或几个小时之后才产生，焊后在延迟裂纹产生以前进行加热处理，对防止延迟裂纹是有效的。

焊后低温处理可以使扩散氢充分逸出，并有一定的降低残余应力的作用。

焊后低温热处理温度高低和加热时间长短，还可能有一定的组织改善作用第十三页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施工艺措施1）适当预热

2）严控热输入3）焊后低温热处理4）多层焊5）合金安排焊缝和焊接顺序

要求在第一层焊道尚未产生延迟裂纹的潜伏期内完胜第二层焊道的焊接。

第二层焊道的焊接热可以促进第一层焊道中的氢迅速逸出，并可使第一层焊道热影响区的淬硬层软化。严格控制层间温度，使扩散氢逸出，否则氢会发生逐层逸出，在多次加热的条件下可能产生较大的残余应力，反而增大延迟裂纹倾向。第十四页，共32页。焊接裂纹

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延迟裂纹的形成与控制焊接冶金

延迟裂纹的防止措施工艺措施1）适当预热

2）严控热输入3）焊后低温热处理4）多层焊5）合金安排焊缝和焊接顺序

合理安排焊缝即焊接次序可以有效降低结构的拘束度，降低拘束应力，从而有效防止延迟裂纹的产生。第十五页，共32页。焊缝中的偏析和夹杂焊接冶金

主要内容

焊接裂纹的种类和特征结晶裂纹的形成与控制延迟裂纹的形成与控制其它裂纹的形成与控制第十六页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

再热裂纹再热裂纹形成机理

再热裂纹的产生是由晶界优先滑动导致微裂而发生和扩展的。在焊后再热处理时，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过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。

e>ecre——粗晶区局部晶界的实际塑性变形量；

ecr——再热裂纹的临界塑性变形量。

主要有晶内沉淀强化、晶界杂质析集弱化和蠕变断裂等三种理论来解释再热裂纹的形成机理。第十七页，共32页。再热裂纹再热裂纹形成机理沉淀强化元素的碳化物和氮化物在一次焊接作用下因受热而固溶，在焊后冷却时不能充分析出，而在再热处理过程中，在晶内析出这些碳化物和氮化物，从而使晶内强化。应力松弛所产生的变形就集中于晶界，当晶界的塑性不足时产生。1）晶内沉淀强化理论

2）晶界杂质析集弱化3）蠕变断裂理论焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

第十八页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

再热裂纹再热裂纹形成机理

钢中P、Sb、Sn、As等杂质元素在500~600°C再热处理过程中向晶界的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。1）晶内沉淀强化理论

2）晶界杂质析集弱化3）蠕变断裂理论第十九页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

再热裂纹再热裂纹形成机理

蠕变断裂理论的“楔形开裂模型”认为，在发生应力松弛的三晶粒交界处产生应力集中，当此应力超过晶界的结合力时就会在此处产生裂纹。“空位模型开裂”认为，点阵空位在应力和温度的作用下，能够发生运动，在应力继续作用下，就会扩大而成为裂纹。1）晶内沉淀强化理论

2）晶界杂质析集弱化3）蠕变断裂理论第二十页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

再热裂纹再热裂纹防止措施含有沉淀强化元素的钢，焊后再热或高温使用

为防止再热裂纹的产生，可以优先选用含沉淀强化元素少的钢种。严格限制母材和焊缝中的杂质含量，也可以有效降低再热裂纹倾向。选用焊接方法时应避免过大的热输入，以减少晶粒的粗化，采用比防止延迟裂纹更高的温度预热并配合后热处理有利于防止再热裂纹选用低强匹配焊接材料，增大焊缝的塑性和韧性对防止再热裂纹也很有效。

从应力的角度考虑，应尽量降低残余应力，避免应力集中。第二十一页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

层状撕裂层状撕裂形成机理一些非金属夹杂物被轧成平行于轧制方向的带状夹杂物，造成了力学性能的各向异性。在板厚方向（Z向）承受拉伸应力时，存在的非金属夹杂物会与金属基体脱离结合，形成显微裂纹，裂纹尖端的缺口效应造成应力、应变的集中，迫使裂纹沿着自身所处的平面扩展，在同以平面相邻的一群夹杂物连成一片，形成了“平台”不在同一轧层的邻近平台，在裂纹尖端处由于产生切应力的作用发生剪切断裂，形成了剪切“壁”。第二十二页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

层状撕裂层状撕裂形成机理

一、夹杂物特性

钢中存在着各种类型夹杂物，其成分不是影响层状撕裂的决定性因素，关键是夹杂物的形态、数量及其分布特性。

从夹杂物的大小来看，主要决定于它的平均长度，而不是单个夹杂物的最大长度；

从夹杂物的形状来看，端部曲率半径小的薄片状夹杂物比端部钝而厚的夹杂物的影响要大。夹杂物特性、母材性能和Z向应力第二十三页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

二、钢材本身的塑性、韧性有关。

层状撕裂的“平台”是由同平面的许多分离的夹杂物开裂厚，通过扩展相互连在一起形成的；而“壁”则是由相邻平面内的裂纹平台通过剪切而连通形成的。不论是水平方向的扩展，还是垂直方向的剪切扩展，都直接与基体金属的性能有联系。

三、

厚壁焊接结构在焊接和使用过程中在板厚方向承受不同程度的拘束应力、焊后残余应力及载荷，它们是造成层状撕裂的力学条件。层状撕裂第二十四页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

层状撕裂层状撕裂控制措施一是选用抗层状撕裂的钢材；

二是减少Z向应力和应力集中。

降低钢中夹杂物的含量，控制夹杂物的形态，在设计和施焊工艺上主要是减小Z向应力和应力集中。第二十五页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

应力腐蚀裂纹裂纹形成机理活化通路应力腐蚀大阴极和小阳极阳极的溶解表现为集中性腐蚀损伤。阳极始终保持处于裂纹的最前沿，裂尖处于活化状态而不钝化其他部位（包括裂纹断口两侧）发生钝化阳极溶解第二十六页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

应力腐蚀裂纹裂纹形成机理

钝化膜在应力作用下同金属基体一道变形时发生破裂，裂隙处暴露出的金属成为活化阳极，发生溶解。在腐蚀过程中，钝化膜破坏的同时又会发生破裂的钝化膜的修复，在连续发生应变下修复的钝化膜又遭破坏。

当应力超过修复后钝化膜的强度，应力腐蚀即可发生，直至脆断。应变产生活性通道应力腐蚀第二十七页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

应力腐蚀裂纹裂纹形成机理

小阴极和大阳极组成大阳极发生溶解，均匀性腐蚀小阴极区析氢，阴极区金属的集中性渗氢在持续载荷作用下导致脆断裂纹尖端应力、应变集中促进金属中氢向裂纹尖端聚集氢脆型应力腐蚀理论阴极氢脆第二十八页，共32页。焊接裂纹

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其它裂纹的形成与控制焊接冶金

应力腐蚀裂纹防止措施

应力腐蚀裂纹的形成必须同时具有三个因素的作用，材质、介质及拉应力。

采用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢可以有效提高结构的耐应力腐蚀能力。双相不锈钢具有强度高、对晶间腐蚀不敏感、较好的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力等特点。

采用了抗应力腐蚀能力很强的母材，但若选用的焊接材料不当，也会使构件过