焊接裂纹及形成条件 形成机理.pdf
《焊接裂纹及形成条件 形成机理.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《焊接裂纹及形成条件 形成机理.pdf(120页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、焊接裂纹焊接裂纹 第一节概述 第二节焊接热裂纹 第三节焊接冷裂纹 第四节再热裂纹 第五节层状撕裂 第六节应力腐蚀裂纹 第七节焊接裂纹综合分析和判断 第五章 焊接裂纹第五章 焊接裂纹 重点内容 1、裂纹的分类用一般特征 2、结晶裂纹的形成机理 2、焊接冷裂纹的形成机理,特 征、影响因素,及其防冶措 施 2、焊接裂纹综合分析及判断 3、各种裂纹断口形貌特征 5-1概述5-1概述 一、危害性一、危害性 焊接结构产生裂纹轻者需要返修,浪 费人力、物力、时间,重者造成焊接结构 报废,无法修补。更严重者造成事故、人 身伤亡。如1969年有一艘5万吨的矿石运输 船在太平洋上航行时,断裂成两段而沉没 ,在压力
2、容器破坏事故中,有很多都是由 于焊接裂纹造成。因此,解决研究焊接裂 纹已成为当前主要课题。 二、种类二、种类 各种不同类型的裂纹 焊缝中纵向裂纹焊缝上横向裂纹 热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹 火口(弧坑)裂纹焊道下裂纹 焊缝内部晶间裂纹焊趾裂纹 热影响区焊缝贯穿裂纹焊缝根部裂纹 各种不同类型的裂纹 焊缝中纵向裂纹焊缝上横向裂纹 热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹 火口(弧坑)裂纹焊道下裂纹 焊缝内部晶间裂纹焊趾裂纹 热影响区焊缝贯穿裂纹焊缝根部裂纹 分类:分类: 1、 按裂纹分布的走向分1、 按裂纹分布的走向分 纵向裂纹 2、 按裂纹发生部位分2、 按裂纹发生部位分 横向裂纹纵向裂纹 星形(弧
3、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 3 、按产生本质分类3 、按产生本质分类 1)、热裂纹 (高温裂纹)1)、热裂纹 (高温裂纹) 产生:产生:热裂纹(高温裂纹)高温下产生 存在部位存在部位:焊缝为主,热影响区 特征:特征:宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分 布(连续或继续)也可看到缝横向裂纹 ,裂口均有较明显的氧化色彩,表面无 光泽,微观看,沿晶粒边界(包括亚晶 界)分布,属于沿晶断裂性质 1)、热裂纹分类1)、热裂纹分类 a. 结晶裂纹a. 结晶裂纹:在凝固的过程-结晶过程中产生 b. 高温液化裂纹:b. 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
4、点化合物经重新溶化 ,在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂 c. 多边化裂纹:c. 多边化裂纹:产生温度低于固相线温度,存在 晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀性 ,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使 强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯 金属或单相奥氏体合金焊缝。 HAZ液化裂纹 晶 间 裂 纹 多边化裂纹 2)、再热裂纹(消除应力处理裂纹)2)、再热裂纹(消除应力处理裂纹) 由于重新加热(热处理)过程中产生 称再热裂纹消除应力处理裂纹。 3)、冷裂纹3)、冷裂纹 产生温度:产生温度:温度区间在+100-75之间 存在部位:存在部位:多在热影响区,但也有发生在焊缝。 特征(
5、断口):特征(断口):宏观断口具有发亮的金属光泽 的脆性断裂特征。 微观看:微观看:晶间断裂,但也可穿晶(晶内)断 裂,也可晶间和穿晶混合断裂。 冷裂纹分类:冷裂纹分类: a. 延迟裂纹: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裂纹。 b.淬硬脆化裂纹(淬火裂纹)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(与氢含量关 系不大)。 c.低塑性脆化裂纹: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塑性储 备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。 延迟裂纹 4)、层状撕裂:4)、层状撕裂: 由于轧制母材内部存 在有分层的夹杂物(特 别是
6、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 断裂并有穿晶发展。 5)、应力腐蚀裂纹:5)、应力腐蚀裂纹: 金属材料在某些 特定介质和拉应 力共同作用下所 产生的延迟破裂 现象,称应力腐 蚀裂纹。 三、热裂纹与冷裂纹的基本特点三、热裂纹与冷裂纹的基本特点 低温下产生高温下产生产生温度 冷裂纹热裂纹裂纹冷裂纹热裂纹裂纹 断口具有发亮的金属光 泽 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 宏观特征 晶间断裂,也有穿晶内 断裂,也有晶间和穿晶 混合断裂 沿晶粒边界分布,属 于沿晶断裂性质 微观特征 热影响区、焊缝焊缝、
7、热影响区产生部位 5-2 焊接热裂纹5-2 焊接热裂纹 一、结晶裂纹一、结晶裂纹 1、 产生机理1、 产生机理 1)产生部位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。 结 晶 裂 纹 结 晶 裂 纹 2)、熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向)、熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向 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
8、下,就可能在这薄弱地带开裂, 产生结晶裂纹。 产生结晶裂纹原因:液态薄膜 拉伸应力 液态薄膜根本原因 拉伸应力必要条件 固液阶段:固液阶段:这一区 也称为“脆性温度区” 即图上a、b之间的温 度范围 固相阶段:固相阶段:也叫 完全凝固阶段 以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段 液固阶段:(1 区) 液固阶段:(1 区) Tb称为脆性温度区,在比区间易产生结晶裂纹,杂质较少的金属, Tb 小产生裂纹的可能性也小,杂质多的金属Tb大,产生裂纹的倾向也大 3)产生结晶裂纹的条件3)产生结晶裂纹的条件 如图纵座标表示温度,横坐 标表示由拉伸应力所产生的 变形(e)和金属的塑性 (P),脆性
9、温度区的范围 用Tb表示上限是固液温度开 始下限固相线附近,或低于 固相线一段温度。 在脆性温度区内焊缝的塑性用P表示,是温度的 函数,,当在某一瞬时温度时有一个最 小的塑性值(Pmin)(出现液态薄膜时)受拉伸 应力所产生的变形用e表示,也是温度的函数 . )(TP= 按曲线(3)变化时,e超过了焊缝塑性的 最低值,产生裂纹 如果拉伸应力所产生的变形随温度T按曲 线(1)变化,e随T按曲线(1)变化。产生 了e变形量,但焊缝仍有es的塑性储备量 即es0,不产生热裂纹 当按曲线2变化时,此时由拉伸应力所产生 的应变,恰好等于焊缝的最低塑性值,即处于 临界状态. 0 min =eeP 0 mi
10、n 0.16% Mn/S无效,加剧P有害作用 裂 iii)、C0.51% 初生相 初生相S、P在小相中溶解度低,析出S、P 集富在晶界上,裂纹 Mn具有脱S作用其中Mn熔 点高,早期结晶星球状分布,抗裂 MnSFeSMn+ 含碳量C0.016% P对形成结晶裂纹的作用超 过了S,Mn无意义 c)、Mn 注 意: d)、Sid)、Si 硅是 相形成元素,利于消除结晶裂 纹 ,相中S、P溶解度大缘故,Si0.4% 易形成低熔点的硅酸盐夹杂使裂 对硫的亲合力大,形成高熔点的硫 化物,消除结晶裂纹有良好的作 用。 e)、钛Ti 锆(4)和稀土元素 f)、O O降低S的有害作用,氧、硫、铁能形 成Fe-
11、FeS-FeO三元共晶,使FeS由薄膜变成 球状,裂 日本JWS临界应变增长率CST CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+ 3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4 当时,可以防止裂纹 4 105 . 6 CST 热裂敏感系数HCS公式 3 10 3 )100/25/( + + = VMoCrMn NiSiPSC HCS 当HCS 时, 发生断裂晶间断裂 1 0 0 T 0 1 T= 称金属的等强温度 0 T 0 T 1 0 若焊缝所受拉伸应力为随温度变化始终 不超过,则不会产生结晶裂纹 产生结晶裂纹 2 0 0 1 1 2 0 产生结晶裂纹的条件是冶
12、金因素和力共同作 用,二者缺一不可 三、防止结晶裂纹的措施三、防止结晶裂纹的措施 1)、冶金方面1)、冶金方面 控制焊缝中有害杂质的含量,限制S、P 、C含量S、P500 R=71K1arctg(0.017 )( /400)2 不产生裂纹, R 产生裂纹 不产生裂纹的临界拘束度(通过实验方 法测) R可通过计算或实测求得 只适用单向拉伸 RRcr cr R cr R 2)、拘束应力的影响)、拘束应力的影响 对于三维 弹塑性有限元计算 修正系数 RR = 1 1 2 2 /2/2sinh /sinh / /sin8 1 = + += m w w BmBm Bm hm hm m -拉板厚度(mm)
13、 Sinh-双曲线正弦函数 hw-试验焊缝厚度(mm) B-试板宽度,即拘束距离(mm) 3)、氢的有害影响 4)、工艺影响 3)、氢的有害影响 4)、工艺影响 线能量 预热温度 焊后后热 多层焊 综合上述各影响因素,提出了预测高强钢焊 接接头延迟裂纹倾向的判据公式。 产生裂纹 在一定焊接条件下,第一层焊缝焊后冷却到 100刚刚不出现裂纹的时间临界冷却时间. 实际焊接条件下,熔合区附近1350100的冷 却时间 A.n实验常数 裂纹敏感系数 若越高,则越大,越易产生裂纹 cr t 100 ttcr cr t 100 t HM P N P n HMcr PAt)28 . 0 (= 2、防止措施2
14、、防止措施 1 1)、冶金措施)、冶金措施 (低碳微量多合金) H选用低氢焊接材料,低氢焊接方法 如CO2焊 控制氢的来源,烘干焊条消理焊件焊丝 加入某些合金元素,提高塑性 采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾 向较大的低合金高强钢,避免冷裂纹 2)、工艺措施2)、工艺措施 选择合适的焊接线能量q、V冷、t100 减少裂 但有晶粒粗大现象 预热 冷却速度H外逸 后热H消氢处理350保温12小时, 使氢外逸 对于需要较高预热温度的中碳钢,高碳钢及 中碳调质高强钢,如果由于形状复杂或需要 在结构内部施焊等因素要避免高温预热时, 采用后热并配合低温的预热特别见效。 3)、拘束应力3)、拘束应力 防止焊
15、缝分布密集,消除应力集中部 位如缺口,坡口形状对称 适当的预热、后热、缓冷 5-4 再热裂纹5-4 再热裂纹 定义定义:焊后再加热,消除应力退火,高温工作 500600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、热裂纹产生部位:、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 再热裂纹再热裂纹 2、 敏感的温度范围:敏感的温度范围:一般在500700低 于500或高于700,再加热不易出现再热裂 纹 3、有大量的内应力存在,及应集中:3、有大量的内应力存在,及应集中:在大 拘束度的厚件或应力集中部
16、位易产生再热 裂纹 4、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中: 4、易产生在具有沉淀强化作用的钢材中: 晶界滑动微裂扩展裂纹 二、产生机理二、产生机理 1、一般条件 e e1、一般条件 e ec c产生裂纹产生裂纹 e产生裂纹的晶界微观局部的实际塑 性变形量 ec:产生裂纹的晶界微观局部的最大 塑性形变能力 e实际塑性应变:接头的残余应力经再 加热产生应力松驰而引起,与接头的拘 束度残余应力,应力集中有关。 2、再热裂纹产生机理2、再热裂纹产生机理 1)、晶界杂质析集弱化说1)、晶界杂质析集弱化说 晶界析集P、S、 硼化物沿晶析集 如果产生再热裂纹的塑性变形量为ec,可 以下式表示: += ccR
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焊接裂纹及形成条件 形成机理 焊接 裂纹 形成 条件 机理
链接地址:https://www.31doc.com/p-3712699.html