焊接冶金原理课件：7焊接裂纹03.pptx

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1、第七章焊接裂纹7.1焊接热裂纹7.2焊接冷裂纹7.3其他焊接裂纹7.3其他形式的裂纹7.3.1再热裂纹1、再热裂纹的主要特征有某些沉淀强化合金元素的钢材的厚板焊接结构在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位形成的裂纹称为再热裂纹。由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故称为“再热裂纹”，又称“消除应力处理裂纹”(StressReliefCracking)简称SR裂纹。1）从材料来看，含有一定沉淀强化元素的金属材料，如低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金具

2、有高的再热裂纹敏感性，碳钢和固溶强化的金属材料一般不形成再热裂纹。2）从形成的条件来看，裂纹的形成发生在“再热”（热处理或一定温度下服役）过程中，且焊接区有较大的残余应力并伴有应力集中。对确定的材料有明显的再热裂纹敏感温度区间：对沉淀强化的低合金高强钢，敏感温度约为500℃-700℃；对奥氏体不锈钢和高温合金，敏感温度约在700℃-900℃之间。3）从裂纹位置和扩展路径来看，再热裂纹均发生在焊接热影响区的粗晶区，裂纹沿熔合线母材一侧奥氏体粗晶晶界扩展（呈沿晶开裂），焊缝和热影响区的细晶区不产生再热裂纹

3、。(a)(b)焊接热影响区粗晶区再热裂纹：(a)P23管材钢厚板焊多层多道焊条电弧焊；(b)Cr-Mo-V钢埋弧焊Inconel738LC超合金钨极氩弧焊（GTA）热影响区再热裂纹2、再热裂纹的形成机理再热裂纹的形成是近缝区粗晶区应力集中部位的晶界变形量超过其塑性变形能力而导致的，即：为晶界局部的实际应变，为产生裂纹的晶界局部塑性变形能力晶界杂质析集弱化说晶内二次强化说蠕变断裂说再热裂纹形成机理晶界杂质析集弱化说“再热”（热处理或一定温度下服役）过程中杂质元素向晶界的析集而导致的晶界脆化是再热裂纹形成

4、的根本原因。按照晶界杂质析集弱化说，再热裂纹的形成应该由杂质元素向晶界的扩散析集过程所控制，因此，其过程应该具有热激活的特征，且与杂质原子的扩散激活能有关。HT80B钢在500℃-700℃的再热裂纹开裂时间与温度的关系：对于一些低合金高强钢，P、S、Sb、Sn、As等元素在500℃-600℃热处理过程中向晶界析集，大大降低了晶界的塑性变形能力，导致晶界脆化晶内二次强化说沉淀强化元素的沉淀相（如碳化物、氮化物等）在焊接快速冷却过程中未能充分析出，在“再热”（热处理或一定温度下服役）过程中，这些沉淀相在晶

5、内析出而使晶内发生二次强化，从而使应力松弛所产生的应变集中于晶界，当晶界塑性不足时就形成再热裂纹。只有那些含有一定沉淀强化元素的钢和合金具有较高的再热裂纹敏感性，如含Cr、Mo、V、Ti、Nb等能形成碳化物、氮化物沉淀相的合金元素的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢，以及Ni3(Al,Ti)（相）沉淀强化的镍基合金等蠕变断裂说再热裂纹的形成需要温度和应力两个条件，而在这两个条件作用下材料将发生蠕变变形（应力松弛）和损伤过程，因此，蠕变断裂理论认为，再热裂纹的形成可以用蠕变断裂来解释。“楔形开裂”

6、模型(WedgeMode)在蠕变条件下，晶界相互滑动是应力松弛的主要方式之一，在三晶粒交界处由于晶界的相互滑动容易形成应力集中，当应力超过晶界的结合强度时便形成裂纹。“空位聚集开裂”模型(CavitationMode)空位在一定温度和应力梯度作用下，趋于向与拉应力垂直的晶界聚集，当晶界空位聚集到一定数量时，晶界结合被削弱，在拉应力作用下形成裂纹。3、再热裂纹的影响因素与预防措施成分因素成分因素（母材成分）主要是指合金元素的种类及含量，对近缝区粗晶区的晶粒长大行为及塑性有决定性的影响，是影响再热裂纹敏感

7、性的内因。对于低合金高强钢，C、Cr、Mo、V等被认为是增加再热裂纹敏感性的元素。判据：钢中的杂质，如As、Sn、P、S等，尤其是Sb对再热裂纹敏感性有显著影响。工艺因素对一些晶粒长大比较敏感的钢种，增大线能量或采用大线能量的焊接方法将增加再热裂纹敏感性，而对一些淬硬倾向较大的钢种，增大线能量或采用大线能量的焊接方法反而有利于减小再热裂纹倾向。预热和后热可以降低热影响区的淬硬倾向、减小焊接残余应力，是预防再热裂纹的有效措施之一。应力因素合理的焊接结构设计、焊接施工次序对减小残余应力和应力集中至关重要；

8、焊接缺陷，如焊缝咬边、未焊透等往往容易形成应力集中，增加再热裂纹的倾向。采用低强匹配焊接材料，增加焊缝金属的塑性，降低再热裂纹敏感温度区间焊缝金属强度，有利于降低近缝区的应力，对预防再热裂纹有利。7.3.2层状撕裂1、层状撕裂的形成和主要特征在海洋工程、核反应堆和潜艇建造等大型高强钢厚壁（厚板）焊接结构中，有时出现一种平行于轧制方向的阶梯形裂纹，即所谓层状撕裂（LamellarTear）。属于低温开裂，一般低合金钢撕裂的温度不超过400℃。主要原因是钢中