焊接裂紋及其預(yù)防措施

1、焊接裂紋及其預(yù)防措施 西南交通大學(xué)工程研究學(xué)院2007年03月10日,1．裂紋分布與種類２．熱裂紋３．冷裂紋４．層狀撕裂５．再熱裂紋６．應(yīng)力腐蝕開裂（不詳細(xì)介紹）,1．裂紋分布與種類,裂紋是焊接缺陷危害最大而且是最普遍的一種，可以成為構(gòu)件脆斷、疲勞破壞和腐蝕破壞的起因，它不僅可以使產(chǎn)品報(bào)廢，而且還可能因未檢測出導(dǎo)致以后災(zāi)難性的事故。,圖5-1 焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布1-焊接中縱向裂紋 2-焊縫中橫向

2、裂紋 3-熔合區(qū)裂紋 4-焊縫根部裂紋 5-HAZ根部裂紋 6一焊趾縱向裂紋(延遲裂紋) 7-焊趾縱向裂紋（液化裂紋、再熱裂紋） 8-焊道下裂紋(延遲裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋)9-層狀撕裂 10-弧坑裂紋(火口裂紋)a)縱向裂紋 b)橫內(nèi)裂紋 c)星形裂紋,返回,2．熱裂紋,熱裂紋是在焊縫冷卻過程中，在高溫階段產(chǎn)生的裂紋，主要發(fā)生在焊縫金屬內(nèi)，少量在近縫區(qū)。 可以分為結(jié)晶（凝固）裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋。

3、 結(jié)晶裂紋是最常見的一種，主要出現(xiàn)在含雜質(zhì)元素較多的碳鋼的焊縫中（S、P、Si和C）、單相奧氏體不銹鋼、鋁及其合金等焊接結(jié)構(gòu)中。 主要影響因素是焊接拉應(yīng)力、低熔點(diǎn)共晶（焊縫金屬的化學(xué)成分）、焊接接頭過熱（工藝）的程度。,減小熱裂紋傾向的措施有： 1）降低材料中S、P等雜質(zhì)元素的含量。 2）適當(dāng)提高M(jìn)n/S比，可以置換Fe-FeS低熔點(diǎn)共晶

4、物的Fe，形成熔點(diǎn)1620Cº的MnS，從而提高焊縫的抗裂性能。 WC=0.10~0.12%，WMn=2.5%以前有作用; WC=0.13~0.20%，WMn=1.8%以下有作用; WC=0.21~0.23%，WMn有益影響范圍更窄。 3）采用適當(dāng)焊接方法和工藝，控制線能量輸入，減少焊縫過熱。 4）在焊接

5、材料中加入Ti、Mo、Nb或稀土元素，抑制柱狀晶粒發(fā)展，細(xì)化晶粒，明顯改善性能。,返回,３．冷裂紋,焊接冷裂紋是目前焊接生產(chǎn)中影響最大的一種缺陷，主要發(fā)生在中碳鋼、高碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼以及鈦合金等的焊接接頭熱影響區(qū)，強(qiáng)度極高的高強(qiáng)鋼冷裂紋會出現(xiàn)在焊縫中。 大致分為延遲裂紋、淬硬脆化（淬火）裂紋和低塑性脆化裂紋。 延遲裂紋是最為普遍的冷裂紋，主要有焊道下裂紋、缺口裂紋和橫向裂紋三類。

6、 形成條件：氫的存在、鋼的淬硬傾向和焊接拘束應(yīng)力。,三個大方面來控制焊接冷裂紋： 1）必須盡力減小焊接應(yīng)力（熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和拘束應(yīng)力）； 2）消除一切氫的來源； 3）改善焊接接頭的組織狀況。 當(dāng)母材確定后，主要是通過選擇焊接方法、控制焊接工藝和合理選用焊接材料，必要時采用焊后熱處理。 1）焊接工

7、藝的作用： a （局部）預(yù)熱，增加T8/5，減小和避免淬硬M組織，降低內(nèi)應(yīng)力，并有利于氫的逸出。 鋼板越厚，鋼種的碳當(dāng)量越大，預(yù)熱溫度越高。,b 焊接線能量的控制El 調(diào)整t8/5， El越大，焊縫冷卻時間越長，可減輕或避免淬硬組織，并利于氫的逸出，降低了冷裂傾向。 但El過大，導(dǎo)致焊接接頭過熱，組織粗大，焊接接頭性能降低。

8、 c 多層焊（或雙絲焊接） 前道焊縫對后道焊縫有預(yù)熱作用，后道焊縫對前道焊縫有回火作用，可以改善焊接接頭組織，，并利于擴(kuò)散氫的析出， 需要控制層間溫度。 d 焊后的后熱處理 減小殘余應(yīng)力，改善組織，并消除擴(kuò)散氫。,2）焊接材料的選用 選用低氫型焊條和焊劑。 選用CO2氣體保

9、護(hù)焊接可以獲得很低含氫量的焊縫金屬。 必須仔細(xì)烘干焊接材料，將焊件、焊絲上的鐵銹和油污清理干凈。 3）降低焊接接頭的拘束應(yīng)力 從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝等幾方面設(shè)法解決。,返回,４．層狀撕裂,在大型焊接結(jié)構(gòu)中，往往采用30~100mm甚至更厚的高強(qiáng)鋼，如果焊接時在厚度方向承受大的拉伸拘束應(yīng)力，就會發(fā)生如圖5-2所示的階梯型裂紋。 產(chǎn)生原因：Z

10、向拘束應(yīng)力和軋制過程中在板厚方向上形成的非金屬夾雜物（硫化物等）有關(guān)。,圖5-2 層狀撕裂,層狀撕裂以預(yù)防為主。 選用對層狀撕裂敏感性小的材料，由厚度方向上的斷面收縮率來衡量。 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖5-3所示）和工藝上采取措施（低氫焊條，小線能量和預(yù)熱等） 。,返回,圖5-3 減少Z向應(yīng)力的措施,5．再熱裂紋,有些重要構(gòu)件需要消除殘余應(yīng)力，而高溫回火是目前最常用的消應(yīng)力方法。在構(gòu)件回火或高

11、溫長期工作中產(chǎn)生的裂紋稱為再熱裂紋 。 1）特點(diǎn) a 一般只出現(xiàn)在沉淀強(qiáng)化低合金高強(qiáng)鋼、珠光體鋼、奧氏體鋼等材料焊接構(gòu)件中（含Mo、V、Cr、Nb和鈦等元素）。 b 通常發(fā)生在HAZ的粗晶粒區(qū)。 c 裂紋起源于應(yīng)力集中點(diǎn)，如焊趾和焊根處。 d 接頭必須有大的殘余應(yīng)力。 e 產(chǎn)生在再熱的升溫過程中。,2）

12、形成條件 晶內(nèi)強(qiáng)化、局部大的應(yīng)力集中。 3）再熱裂紋的控制 主要考慮改善過熱粗晶區(qū)的塑性和減少殘余應(yīng)力，特別是要減少應(yīng)力集中。 a 預(yù)熱和焊后熱處理 可以降低焊接殘余應(yīng)力，減少過熱區(qū)硬化。 b 焊接線能量的控制。 c 應(yīng)用低強(qiáng)焊縫，提高塑性變形能力。 d