焊工中级班培训材料之4-(热、冷裂纹)

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1、§4焊接结构和零件断裂失效分析本章主要讲解焊接构件的缺陷、裂纹及其分类；重点介绍热裂纹和冷裂纹的形貌特征、形成机制、影响因素和预防措施。§4－1裂纹是对焊接构件安全运行威胁最大的缺陷本节首先介绍，常见焊接缺陷的定义和分类；接着说明裂纹――对安全运行威胁最大的缺陷的形态和分类；重点指出热裂纹和冷裂纹我们学习的重点。一、基本概念1、焊接缺陷在焊接过程中或焊后，在接头中产生的不符合标准要求的缺欠。当缺欠不影响设备的运行，即是可以容许的时，称为缺欠。当缺欠直接影响安全使用时，称为缺陷。有缺陷的接头必须进行翻修或判废。2、分类按其性质和特征

2、，将其分为两类：（1）不连续缺欠——裂纹、夹渣、气孔和未熔合；（2）几何偏差按照所在焊缝中的位置，将其分为外部和内部两类。外部缺欠，亦称宏观缺欠——位于焊缝金属表面。用肉眼或低倍放大镜（检测尺可测量）可见的缺欠。它包括焊缝余高过高或过低、焊缝宽度差过大、接头过高或脱节、外部气孔、裂纹、未熔合、咬边、未焊透、烧穿、焊瘤、电弧擦伤或成形不良（见图1）。图1常见几种焊接缺陷内部缺欠，亦称微观缺欠。——12位于焊缝金属内部。它包括裂纹、气孔、夹渣、未熔合等。其中裂纹危险性最大，是失效分析研究的重点。它包括热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂

3、等。内部缺欠要用探伤或破坏试验来检验。二、裂纹是最危险的焊接缺陷，是失效分析研究的重点裂纹会降低结构的承载面积，产生应力集中，诱发三向应力状态，导致裂纹失稳扩展。当裂纹位于结构的拉应力高值区时，易引发低应力脆断；因此，裂纹是焊接结构失效分析研究的重点。三、裂纹的分类按照不同的分类方法，焊接裂纹可分为许多种类（见图2）。1、按照裂纹的所在区域分为三类焊缝裂纹；热影响区裂纹和母材裂纹。2、按照裂纹在焊缝中的部位分为两类表面裂纹和内部裂纹。再细分可分为：焊趾裂纹、焊道下裂纹、终端裂纹等。3、按照裂纹形态分为五类纵向、横向、星形、八字和网

4、状。4、按照裂纹尺寸大小分为两类宏观和微观裂纹。工程上通常以0.5mm为界。5、裂纹的形成机制和性质分为六类热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹和疲劳裂纹。前四种为结构的焊接裂纹，其中以热、冷裂纹最为常见，危害最大使我们学习的重点；后两种为结构的运行裂纹。图2裂纹分类示意图1－弧形裂纹；2－纵向裂纹；3－横向裂纹；4－焊道下裂纹；5－焊趾裂纹；6－根部裂纹；7－踵部裂纹；8－显微裂纹；9－层状撕裂；10－热裂纹；11－再热裂纹；12－内部裂纹。12§4－2焊接热裂纹失效分析本节首先介绍热裂纹的定义和分类，接着说明热裂纹

5、的形成机制和影响因素，重点说明热裂纹的分析方法和预防措施，最后通过典型案例说明热裂纹的失效分析过程。一、热裂纹的定义和分类热裂纹是在焊接时高温下产生的，其特征是沿奥氏体晶界开裂。下表是热裂纹的分类和特征。表1热裂纹的分类和特征分类位置走向敏感温度区母材备注热裂纹结晶裂纹焊缝上多，少量在热影响区沿奥氏体晶界开裂固相线以上稍高的温度（固液状态）碳钢、低中合金钢、奥氏体钢、镍基合金多边化裂纹焊缝、热影响区同上固相线以下再结晶温度纯金属及单相奥氏体合金液化裂纹热影响区及多层焊的层间沿晶开裂固相线以下稍低温度含S、P、C较多的镍铬高强度钢、

6、奥氏体钢和镍基合金再热裂纹热影响区粗晶区同上600～700℃含沉淀强化元素的高强钢、珠光体钢、奥氏体钢、镍基合金二、裂纹的形成机制热裂纹的断口上有氧化色；有的焊缝热裂纹中充满熔渣，表明裂纹形成时熔渣和具有流动性（熔渣的凝固温度比金属低200℃）。近缝区产生的热裂纹，其微观特征都是沿晶界开裂。热裂纹又可细分为两类、4种——结晶裂纹、多边化裂纹、液化裂纹（第一类）和再热裂纹（第二类）。1、结晶裂纹结晶裂纹是在焊缝结晶过程的后期形成的。它只在焊缝中出现，多呈纵向分布在焊缝中。也有呈弧形分布在焊缝中心线两侧，并且与焊缝表面波纹垂直；通常这

7、种裂纹较长、较深，而弧形裂纹较短、较浅。弧形裂纹也属于结晶裂纹，它产生于焊缝收尾处。12结晶裂纹都沿着一次结晶的晶界分布，特别是沿着柱状晶的晶界分布；焊缝中心线两侧的弧形裂纹，是在平行生长的柱状晶界上形成的。而焊缝中心线上的纵向裂纹恰好处在从焊缝两侧生成的柱状晶的汇合面上。多数结晶裂纹的断面上有氧化色，这是高温形成的特点。在扫描电子显微镜下，结晶裂纹的断口是典型沿晶开裂，晶粒表面光滑。结晶裂纹的断口上，杂质元素S、P、Si比较多，并多见沿着先共析铁素体扩展；裂纹边界弯曲，端部圆钝，这是高温形成裂纹的特点。2、液化裂纹在母材近缝区，

8、或多层焊的前一焊道处，因受热而液化的晶界上形成的裂纹。其位置见图近缝区的液化裂纹多发生在母材，向焊缝凸进去的部位。那里因为熔合区向焊缝侧凹进去而过热严重。这种裂纹多为微裂纹，尺寸较小，一般在0.5mm以下，个别可达到1mm；主要出现在含合金元素较多