焊接冷裂纹资料.ppt

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1、第三节焊接冷裂纹1（一）冷裂纹的危害性建造结构由于焊接冷裂纹而带来的危害性十分严重。例如1965年美国制造一台大型合成氨塔，材质为Mn-Cr-Mo-V低合金钢，进行水压时发生了破坏事故，有四块1-2t的碎片飞出46m之远，经检验失效分析，认为是由于施焊时预热温度不足而在热影响区产生冷裂纹而造成的。又如日本某厂在1959-1969年共制造了144台球形容器(HT60-HT80钢)，其中有45台发生了不同程度的裂纹(几乎占1/3)，在这45台球形容器中共检测出1471条裂纹，其中属于冷裂纹就有1248条。一、冷裂纹的危害性及其一般特征2国内某石化总厂一台1000m3的

2、液化石油气罐，材质为FG43钢，施工时由于对进口钢材焊接要求不熟悉，焊后经检验发现许多裂纹(其中主要是冷裂纹)，总长达7540mm，占球罐焊缝总长的11.9％。事故带来的不仅是设备本身的损失，更重要的是直接威胁人的生命安全，所以引起了世界各国的重视。因此，深入探讨冷裂纹的原因，防止冷裂纹的产生是焊接领域中一项重要的任务。3（二）冷裂纹的一般特征高强钢焊接冷裂纹一般是在焊后冷却过程中，Ms点附近或更低的温度区间逐渐产生的，也有的要推迟很久才产生。冷裂纹的起源多发生具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。冷裂纹的断裂行径，有时是沿晶界扩展，有时

3、是穿晶前进，这要由焊接接头的(金相组织)和(应力状态)及(氢的含量)等而定。这一点不像热裂纹那样，都是沿晶界开裂。14MnMoVN钢焊接接头根部热影响区平行熔合线的冷裂纹如图5-39所示，该裂纹具有沿晶和穿晶的混合形态。4图5-3914MnMoVN钢根部冷裂纹×160(焊条E5015“J507”)5冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时要经过一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现。开始少量出现，随时间增长逐渐增多和扩展。对于这类不是在焊后立即出现的冷裂纹，称为“延迟裂纹”，它是冷裂纹中比较普遍的一种形态。由于延迟裂纹不是在焊后立即可以发现，需延迟一段时间，甚至在使用过程

4、中才出现，所以它的危害性就更为严重。冷裂纹主要发生部位：在高、中碳钢，低、中合金高强钢的焊接热影响区，但有些金属，如某些超高强钢、钛及钛合金等，有时冷裂纹也发生在焊缝金属中。6二、冷裂纹的种类在焊接生产中由于采用的钢种、焊接材料不同，结构的类型、刚度，以及施工的具体条件不同，可能出现各种形态的冷裂纹，如延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹。然而，在生产上经常遇到的主要是延迟裂纹，因此本节重点讨论低合金高强钢的延迟裂纹问题。延迟裂纹还可以进一步分类，常见的有以下三种：7（一）焊趾裂纹（焊趾：焊缝表面与母材交界处）如图5-40中A所示，这种裂纹起源于母材与焊缝交界处

5、，并有明显应力集中部位(如咬肉：母材部分未焊满)。裂纹的走向经常与焊道平行，一般由焊趾表面开始向母材的深处扩展。（二）焊道下裂纹这种裂纹经常发生在淬硬倾向较大、含氢量较高的焊接热影响区。一般情况下裂纹走向与熔合线平行，但也有垂直熔合线的，如图5-40中B和图5-41所示。8图5-40焊趾裂纹A及焊道下裂纹B×159图5-41焊道下延迟裂纹×10010（三）根部裂纹这种裂纹是延迟裂纹中比较常见的一种形态，主要发生在含氢量较高、预热温度不足的情况下。这种裂纹与焊趾裂纹相似，起源于焊缝根部应力集中最大的部位。根部裂纹可能出现在热影响区的粗晶段，也可能出现在焊缝金属中，这

6、决定于母材和焊缝的强韧程度，以及根部的形状，如图5-42所示。11图5-42根部裂纹裂纹起源于热影响区×514MnMoVN钢E5015（J507焊条）裂纹起源于焊缝×316Mn钢E5015（J507焊条）12三、焊接冷裂纹的机理大量的生产实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下是相互联系和相互促进的。（一）钢种的淬硬倾向钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。焊接时，钢种的淬硬倾向越大，越易产生裂纹，因此，采用高强度钢建造焊接结构就受

7、到限制。为什么钢淬硬之后会引起开裂呢？可归纳为以下两方面。131．形成脆硬的马氏体组织马氏体是碳在a-铁中的过饱和固溶体，碳原子以间隙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。特别是在焊接条件下，近缝区的加热温度很高（达1350-1400℃），使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，粗大的奥氏体将转变为粗大的马氏体。从金属的强度理论可以知道，马氏体是一种脆硬的组织，发生断裂时将消耗较低的能量，因此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。F/P-BL-ML-Bu-Bg-(M-A)-MT142．淬硬会形成更多的晶格缺陷金

8、属在热力不