焊接缺陷(热、冷裂纹)共45页课件.ppt

1、第一节 概述优质的焊接接头应具备两个条件：一是使用性能不低于母材；二是没有技术条件中规定不允许存在的缺陷。焊接过程中，在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的种类很多，有些是因施焊中操作不当或焊接参数不正确所造成，如咬边、焊穿、焊缝尺寸不足、末焊透等，有些是由于化学冶金、凝固或固态相变过程的产物而造成的，如气孔、夹杂和裂纹等。这些缺陷与母材、焊接材料的化学成分有密切关系，因此称之为焊接冶金缺陷。本部分内容重点介绍常见焊接冶金缺陷中的裂纹特征、产生原因及防止措施。第七章第七章 焊接缺陷焊接缺陷一、结晶裂纹的形成机理 有的结晶裂纹是沿焊缝中心纵向开裂，也有沿焊

2、缝中的树枝晶之间界面处发生和发展的结晶裂纹，有时也发生在焊缝内部两个树枝状晶体之间，这说明在结晶过程中晶界是最薄弱的部位。第二节第二节 焊接热裂纹焊接热裂纹 由于先结晶的固相金属较纯，后结晶的金属含杂质多，并富集在晶界。这些杂质容易形成低的熔点的共晶，最后被推向晶界，在晶粒之间形成一个液态薄膜。如果此时有拉伸应力存在就会产生裂纹（图5-16）。结晶裂纹的形成机理结晶裂纹的形成机理（1） 产生热裂纹的原因是晶间存在液态薄膜和在凝固过程中存在拉伸应力。 在整个结晶过程中，从液到固可分为三个阶段：（1）液固阶段（液多于固） 液态金属可在固态金属中自由流动，此时既使有拉伸应力也不会产生裂纹。结晶裂纹的

3、形成机理结晶裂纹的形成机理（2）（2）固液阶段（固多于液） 随着固态金属量增加，剩余的液态金属多为低熔点共晶，流动也发生困难，这时若有拉伸应力产生的小裂纹无法靠液态金属填充，成为一个“裂纹源”。此阶段也叫“脆性温度区”。结晶裂纹的形成机理结晶裂纹的形成机理（3）（3）完全凝固阶段 完全凝固后金属有较好的强度和塑性，既使有拉伸应力也难以产生裂纹。1 冶金因素对结晶裂纹的影响 影响因素有相图类型、化学成分、结晶组织形态。二、二、 结晶裂纹的影响因素结晶裂纹的影响因素 产生热裂纹必须具备冶金因素（成分、偏析）和力的因素（金属热物理性质、焊件拘束度、焊接工艺等）。 相图的结晶温度区间越大（即液态存在的

4、时间越长），产生热裂纹的可能性越大（图519）。 影响相图结晶温度区间大小与合金的含量有关。（1） 相图类型和结晶温度区的大小相图类型和结晶温度区的大小（1） 由于焊接是在非平衡条件下结晶，结晶温度区间要偏离平衡条件下的结晶温度区间，因此最大结晶裂纹可能发生在低合金含量区（图519虚线）。 各种状态图对产生结晶裂纹倾向的规律（图520）。相图类型和结晶温度区的大小相图类型和结晶温度区的大小（2） 对凝固温度范围的影响； 对形成低熔点相的影响（尤其是S、P）。 对产生结晶裂纹的影响比较大的合金是一些能形成低熔点共晶的合金元素，熔点越低、数量越大，裂纹倾向越大。（2）合金因素对产生结晶裂纹的影响）

5、合金因素对产生结晶裂纹的影响（1）1） 硫、磷：S、P可扩大Fe的结晶区间（图521），并能与Fe形成多种低熔点共晶。合金因素对产生结晶裂纹的影响合金因素对产生结晶裂纹的影响（2）2）碳：碳在相中的溶解度大于相（表54）， 所以含碳0.4时，容易形成硅酸盐夹杂，造成裂纹源，从而增加裂纹倾向。合金因素对产生结晶裂纹的影响合金因素对产生结晶裂纹的影响（6）5）钛、锆、稀土：Ti、Zr、RE脱硫的效果比Mn好得多，有良好的消除结晶裂纹作用，但它们也是强脱氧元素。 氧化稀土也有脱硫作用。6）镍：Ni和S形成低熔点共晶（NiS2 645），易于引起结晶裂纹。(7)铜：铜易引起热裂纹，如黄铜钎焊20钢引起

6、的裂纹。合金因素对产生结晶裂纹的影响合金因素对产生结晶裂纹的影响（7） 焊缝晶粒大小、形态和方向对抗裂性有很大影响。晶粒越粗大、柱状晶方向越明显，产生结晶裂纹的倾向就越大。所以细化晶粒有利于打破液膜的连续性，是减小结晶裂纹的有效措施。（3）结晶组织对结晶裂纹的影响）结晶组织对结晶裂纹的影响（1）1 冶金因素（1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质含量尽量减少低熔点共晶的数量。S、P的最大含量取决于被焊金属，一般低碳钢、低合金钢S、P0.05，高合金钢0.04，不锈钢（或R crR）就可以认为是安全的。2 拘束应力影响拘束应力影响（1） 在焊后冷却过程中，除一部分氢从表面逸出外，还向热影响区方向扩散

7、。在扩散过程中，在一些塑性应变和微观缺陷部位发生氢聚集（应力集中高的部位的氢浓度高于平均值的5倍多），使这个部位很快达到临界氢浓度。3 氢的影响（氢在焊缝中的行为）氢的影响（氢在焊缝中的行为）（1） 采用软质焊缝、改变坡口的形式（避免有应力集中的部位，如圆滑过渡）和预热、后热等措施均可降低氢的聚集。氢的影响（氢在焊缝中的行为）氢的影响（氢在焊缝中的行为）（2） 氢常在熔合区附近聚集，而且在焊后最初10分钟内聚集速度最快。（1） 焊接线能量：过大线能量E引起近缝区晶粒粗大，降低抗裂性能，尤其是有粗大M体时更有害。但对于低碳低合金钢适当增大线能量是有利的。线能量过小易使热影响区淬硬，也不利于氢逸出

8、。 焊接工艺对冷裂纹的影响焊接工艺对冷裂纹的影响（1）预热可以有效防止冷裂纹，但温度过高会增加附加应力（因是局部加热），反而增加冷裂倾向。所以预热温度主要是从降低冷速，减小淬硬倾向考虑。低合金高强钢的预热温度经验公式为： T() = 324Pcm + 17.7H + 0.14b + 4.72214（2） 预热温度（1） 由于冷裂纹存在潜伏期，所以要在裂纹产生前要进行加热处理。尤其是对不预热的焊件，后热处理要及时，温度要高。 后热处理的有利作用：1）改善组织，提高韧性，减小淬硬性；2）减低残余应力；3）消除扩散氢；4）降低预热温度（表512）。（3） 焊后热处理焊后热处理（1）表 5-12 预热

9、温度（HT80,E=17Kj/） 板 厚 8 (mm) 是否进 行后热 25 2538 3850 不进行后热 进行后热 165 75 180 85 200 90 后一道焊缝对前一道焊缝进行了热处理，有利于氢的逸出，组织的改善，可防止冷裂纹产生。但要在第一层焊缝尚未产生根部裂纹的潜伏期内完成第二道焊接。（4） 多层焊多层焊 根据钢的冷裂纹敏感性Pw，焊的层数越多，预热温度越低（图571）。（1）冶金方面：1）采用低碳微量合金元素强化，既提高强度，又保证金属有一定的韧性。2）采用高质量钢降低S、P、O、N杂质含量。3）采用碱性低氢焊接材料。4）CO2焊获得低氢焊缝。5）选用低强度焊条，降低拘束应力。6）用A体焊条焊接淬硬倾向较大的中碳调质钢。（2）工艺方面 焊前预热，焊后热处理，多层焊，避免焊接缺陷（未焊透、咬肉、夹杂、气孔），焊接接头形式，施焊顺序等。5 防止冷裂纹的途径防止冷裂纹的途径