焊接冶金原理课件：7焊接裂纹02.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7.2焊接冷裂纹7.2.1焊接冷裂纹的一般特征焊接冷裂纹是相对热裂纹而言，通常是指焊后冷至较低温度下产生的一类裂纹，对于低合金高强钢，其形成温度大约在马氏体转变温度（Ms）附近。分类：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹三种。位置：低合金钢、中合金钢、中碳和高碳钢的焊接热影响区；高强钢或某些钛合金时，出现在焊缝金属上。断口特征：具有金属光泽的脆性断裂特征，微观上既有晶间（沿晶）断裂，也有穿晶（晶内）断裂，常常是晶间和穿晶的混合断裂。1、延迟裂纹延迟裂纹形成温度在马氏体转变温度（Ms）以下，不在焊后立即出现，而是有一段孕育期，

2、从数小时到数天，甚至更长，即具有延迟明显的延迟特征。焊接延迟裂纹的敏感材料主要有中碳钢、高碳钢、低合金钢和中合金钢等，裂纹多分布在焊接热影响区，但时常也出现在焊缝。(a)(b)焊接延迟裂纹：(a)药芯焊丝电弧焊（FCAW）焊接HY-80钢；(b)埋弧焊（SAW）焊接API5L-X70钢从分布的具体位置来看，焊趾附近、焊道下和焊缝根部是延迟裂纹常见的形成区域，分别称为焊趾裂纹、焊道下裂纹和根部裂纹焊接延迟裂纹分布示意图①焊趾裂纹②焊道下裂纹③根部裂纹(a)(b)(c)典型的焊接延迟裂纹：(a)焊趾裂纹(15MnV钢焊条电弧焊)；(b)焊道下裂纹(HT80钢焊条电弧焊)；(c)根部裂纹(980

3、MPa级中合金高强钢钨极氩弧焊)2、淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹也称淬火裂纹，一些淬硬倾向很大的钢在拘束应力作用下形成的裂纹。焊接含碳较高的Ni-Cr-Mo钢、马氏体不锈钢、工具钢及异种钢等有可能出现这种裂纹。一般认为，这种裂纹是由冷却时马氏休相变而产生的脆性造成的，与氢的关系不大。其基本特点是没有延迟现象，焊后可以立即发现，在焊缝和热影响区上均有可能出现。(a)(b)淬硬脆化裂纹：(a)低碳钢焊条J506冷焊灰口铸铁马氏体焊缝；(b)ERNiCr-3焊丝钨极氩弧焊（GTA）焊接T91/HR3C异种钢焊接接头T91侧热影响区3.低塑性脆化裂纹某些塑性较低的材料冷至低温时，由于收缩力而引起的应变

4、超过了材质本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，称为低塑性脆化裂纹。铸铁补焊、堆焊硬质合金和焊接高铬合金时常出现这种裂纹。Z116焊条冷焊灰口铸铁接头低塑性脆化裂纹7.2.2焊接延迟裂纹的形成机理焊接延迟裂纹的形成与接头中的含氢量、淬硬组织以及接头所处的拘束应力状态具有密切的关系，而且，这三方面因素是相互联系和作用的，因此，“氢”、“组织”和“应力”也被称为延迟裂纹的三大要素1、氢的作用氢在金属中有两种形式，一是可以运动的“扩散氢”；二是不可运动的“残留氢”。扩散氢在冷裂纹的形成中起着重要的作用。它决定了裂纹形成过程中的延迟特点及其断口上的氢脆开裂特征。裂纹尖端有氢气泡形成，且氢气泡

5、最容易集中在应力集中部位，如显微裂纹和显微夹杂物与基体的界面，应力越大，氢气泡逸出也越激烈；降低应力，氢气泡逸出减弱，甚至可以停止逸出。说明氢的扩散与应力有关；氢致裂纹多在熔合区出现，如不完全混合区与半熔化区的固液晶界上、MnS与基体的界面上，或发生在有马氏体针片的晶界上。硫化物球化后，冷裂倾向即减小，说明硫促进冷裂纹的形成；在定载试验时，微裂纹发生的潜伏期随应力或扩散氢含量的增加而缩短；微裂纹附近的塑性变形区(屈服区)随时间的延长逐步扩大，成为宏观裂纹。裂纹尖端附近的塑性变形量，随氢含量的增多而增大。这充分说明氢加速了开裂过程。氢与裂纹形成与扩展的关系试验：在较高温度下(如100℃以上)

6、与在很低的温度（如-100℃）下，氢致裂纹倾向很小。氢的应力诱导扩散模型——裂纹为什么会延迟？应力诱导扩散模型氢的相变诱导扩散模型——裂纹为什么会在近缝区？氢的溶解度及扩散系数与晶体结构的关系高强钢热影响区氢的扩散行为与延迟裂纹的形成过程示意图2、组织硬化的作用焊缝或热影响区的淬硬程度越高或脆硬马氏体数量越多，越易形成冷裂纹。马氏体相变量对冷裂纹的影响马氏体数量与冷却速度的关系及其对热影响区冷裂倾向的影响马氏体的脆硬性是近缝区较焊缝区易于形成冷裂纹的组织因素；组织对裂纹敏感性大致按下列顺序增大：铁素体(F)或珠光体(P)→下贝氏体(BL)→低碳马氏体(ML)→上贝氏体(BU)→粒状贝氏体(

7、Bg)→高碳孪晶马氏体(MT)；近缝区淬硬倾向直接与其化学成分相关，其中尤以碳当量的影响最大，因此可以用碳当量来反映淬硬倾向和冷裂纹敏感性；马氏体是在快速冷却时形成的非平衡组织，其中含有大量的晶洛缺陷，主要是空位和位错。在应力作用下，空位和位错会发生移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临界值后，就会形成裂纹源。在应力作用下，微裂纹不断扩展，直至形成宏观裂纹。2、应力的作用氢和淬硬组织是形成冷裂纹的内在因素，而应力则是外在条