焊接冶金原理课件：7焊接裂纹01.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其他焊接裂纹焊接裂纹热裂纹冷裂纹再热裂纹层状撕裂应力腐蚀裂纹高温液化裂纹多边化裂纹延迟裂纹淬硬脆化裂纹低塑性脆化裂纹结晶裂纹焊接裂纹的分类概述焊接裂纹是焊接加工中的主要缺陷，也是引起焊接结构发生破坏事故的主要原因。焊接裂纹的危害脆性断裂、轻者返修、重者结构报废、难于检测；产生原因：设计不当、选材不合理、运行操作问题。7.1焊接热裂纹热裂纹形成于焊接冷却过程的高温阶段（固相线附近），故称为热裂纹。开裂位置：主要在焊缝区，但少量也出现在热影响区（近缝区）；断口特征：宏观断口上一般可见

2、明显的氧化色彩；微观上沿晶开裂；根据被焊金属材料和焊接工艺条件不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也有所不同，焊接热裂纹可细分为结晶裂纹（凝固裂纹）、高温液化裂纹和多边化裂纹等三种。7.1.1结晶裂纹形成温度：稍高于固相线断口特征：断面上可以看到氧化彩色裂纹分布：沿焊缝两侧柱状晶交汇的中心线或柱状晶晶间分布敏感材料：含杂质较多的碳钢、低合金钢(含硫、磷、碳，硅偏高)、单相奥氏体钢、镍基合金及某些高强铝合金。结晶裂纹分布示意图结晶裂纹也称凝固裂纹，是焊缝凝固结晶最后阶段，在固相线附近，由于残余液体金属不能及时填充因金属凝固收缩

3、所形成的间隙，在拉应力作用下发生的一种沿晶开裂。2024铝合金脉冲激光焊结晶裂纹Inconel690合金钨极氩弧焊焊缝结晶裂纹7010铝合金焊缝结晶裂纹结晶裂纹形成机理结晶裂纹是在焊缝结晶过程中产生的，但是究竟产生在结晶的哪个阶段哪？液态金属凝固过程：液态液/固态固/液态固态裂纹产生的基本条件是材料的拉伸变形量超过它的塑性变形能力(ε>p)，结晶裂纹也是金属的低塑性(内因)和拉伸应力(外因，也是必要条件)共同作用下的结果。熔池结晶过程与结晶裂纹形成条件示意图：(a)熔池结晶过程示意图；(b)结晶裂纹形成条件示意图焊缝金属在由液/固

4、态经固/液态到固态的凝固过程中，存在一个低塑性区，该区域内焊缝金属塑性随温度的变化曲线将出现最低值。通常将该区所对应的温度区间称为“脆性温度区间”。是否产生结晶裂纹取决于在脆性温度区间△TB范围内同一温度下焊缝金属的塑性（p）与凝固收缩引起的拉伸应变ε的对比关系：当某温度下εp时，焊缝金属将形成裂纹；当ε=p时为临界状态。某温度下焊缝金属的塑性（p）与凝固收缩引起的拉伸应变（ε）之差，即为同温度下焊缝金属的“塑性储备”，塑性储备越大，越不容易产生结晶裂纹。应变增长率以直线“1”的斜率增长时，其在温

5、度T1达到的拉伸应变量ε1与同温度下焊缝金属的塑性p1最接近（塑性储备最小），焊缝金属仍有塑性储备，因此不会产生结晶裂纹；应变增长率以直线“3”的斜率增长时，在温度T3以下，焊缝金属内拉伸应变将大于其塑性，焊缝金属内将产生结晶裂纹；应变增长率以直线“2”的斜率增长时，在T2温度其塑性储备全部耗尽，即，正好达到产生结晶裂的临界条件。此时的应变增长率称为临界应变增长率，以CST表示CST（tgθ）与焊缝金属特性(△TB，pmin)有关，它综合反映了焊缝金属结晶裂纹裂纹的敏感性，CST（tgθ）越大，表明材料的热裂敏感性越小。当pmin

6、一定时，△TB越大，则CST（tgθ）越小，焊缝金属结晶裂纹敏感性越大；当△TB一定时，pmin越小，则tgθ(CST)越小，结晶裂纹敏感性越大。△TB和pmin对结晶裂纹敏感性的影响：(a)△TB；(b)pmin结晶裂纹的影响因素1．冶金因素1）结晶温度区间结晶裂纹倾向随结晶过程中脆性温度区间增大而增大，而结晶脆性温度区间随合金状态图结晶温度区间的增大而增加；实际焊接条件下焊缝的凝固均属非平衡结晶，实际固相线要比平衡条件下的固相线向左下方移动，裂纹倾向的变化曲线也随之左移，意味着在实际焊接条件下，更容易产生结晶裂纹。结晶温度区间

7、与裂纹敏感性的关2）凝固结晶组织凝固结晶的晶粒越粗大、方向性越强（如粗大的柱状晶），越容易在晶界形成大面积的液态薄膜，形成结晶裂纹的倾向越大；凝固时的相组成也对结晶裂纹倾向有重要影响。焊接18-8型不锈钢时，希望得到γ+δ两相组织，一方面，少量的δ相细化凝固组织，并干扰奥氏体柱状晶的方向性；另一方面，为δ能比γ时溶解更多的S和P，从而降低结晶裂纹倾向δ相在奥氏体基底上的分布：(a)单相奥氏体；(b)δ+γ3)合金元素对产生结晶裂纹的影响合金元素对焊缝金属的凝固结晶行为如结晶温度区间（脆性温度区间）、凝固偏析、低熔共晶形态及凝固结晶

8、组织等均有显著影响，是影响结晶裂纹裂纹倾向最重要的因素。合金系共晶成分（wt%，at%）共晶温度(℃)铁二元共晶Fe-SFe，FeS(S31，44)988Fe-PFe，Fe3P(P10.5，17.5)Fe3P，FeP(P27，40)10501260