焊接裂纹及其预防措施.ppt

焊接裂纹及其预防措施西南交通大学工程研究学院2007年03月10日,1裂纹分布与种类热裂纹冷裂纹层状撕裂再热裂纹应力腐蚀开裂（不详细介绍）,1裂纹分布与种类,裂纹是焊接缺陷危害最大而且是最普遍的一种，可以成为构件脆断、疲劳破坏和腐蚀破坏的起因，它不仅可以使产品报废，而且还可能因未检测出导致以后灾难性的事故。,图5-1 焊接裂纹的宏观形态及其分布1-焊接中纵向裂纹 2-焊缝中横向裂纹 3-熔合区裂纹 4-焊缝根部裂纹 5-HAZ根部裂纹 6一焊趾纵向裂纹(延迟裂纹)7-焊趾纵向裂纹（液化裂纹、再热裂纹）8-焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹、多边化裂纹)9-层状撕裂 10-弧坑裂纹(火口裂纹)a)纵向裂纹 b)横内裂纹 c)星形裂纹,返回,2热裂纹,热裂纹是在焊缝冷却过程中，在高温阶段产生的裂纹，主要发生在焊缝金属内，少量在近缝区。可以分为结晶（凝固）裂纹、液化裂纹和多边化裂纹。结晶裂纹是最常见的一种，主要出现在含杂质元素较多的碳钢的焊缝中（S、P、Si和C）、单相奥氏体不锈钢、铝及其合金等焊接结构中。主要影响因素是焊接拉应力、低熔点共晶（焊缝金属的化学成分）、焊接接头过热（工艺）的程度。,减小热裂纹倾向的措施有：1）降低材料中S、P等杂质元素的含量。2）适当提高Mn/S比，可以置换Fe-FeS低熔点共晶物的Fe，形成熔点1620C的MnS，从而提高焊缝的抗裂性能。WC=0.100.12%，WMn=2.5%以前有作用;WC=0.130.20%，WMn=1.8%以下有作用;WC=0.210.23%，WMn有益影响范围更窄。3）采用适当焊接方法和工艺，控制线能量输入，减少焊缝过热。4）在焊接材料中加入Ti、Mo、Nb或稀土元素，抑制柱状晶粒发展，细化晶粒，明显改善性能。,返回,冷裂纹,焊接冷裂纹是目前焊接生产中影响最大的一种缺陷，主要发生在中碳钢、高碳钢、合金结构钢以及钛合金等的焊接接头热影响区，强度极高的高强钢冷裂纹会出现在焊缝中。大致分为延迟裂纹、淬硬脆化（淬火）裂纹和低塑性脆化裂纹。延迟裂纹是最为普遍的冷裂纹，主要有焊道下裂纹、缺口裂纹和横向裂纹三类。形成条件：氢的存在、钢的淬硬倾向和焊接拘束应力。,三个大方面来控制焊接冷裂纹：1）必须尽力减小焊接应力（热应力、相变应力和拘束应力）；2）消除一切氢的来源；3）改善焊接接头的组织状况。当母材确定后，主要是通过选择焊接方法、控制焊接工艺和合理选用焊接材料，必要时采用焊后热处理。1）焊接工艺的作用：a（局部）预热，增加T8/5，减小和避免淬硬M组织，降低内应力，并有利于氢的逸出。钢板越厚，钢种的碳当量越大，预热温度越高。,b 焊接线能量的控制El 调整t8/5，El越大，焊缝冷却时间越长，可减轻或避免淬硬组织，并利于氢的逸出，降低了冷裂倾向。但El过大，导致焊接接头过热，组织粗大，焊接接头性能降低。c 多层焊（或双丝焊接）前道焊缝对后道焊缝有预热作用，后道焊缝对前道焊缝有回火作用，可以改善焊接接头组织，并利于扩散氢的析出，需要控制层间温度。d 焊后的后热处理 减小残余应力，改善组织，并消除扩散氢。,2）焊接材料的选用 选用低氢型焊条和焊剂。选用CO2气体保护焊接可以获得很低含氢量的焊缝金属。必须仔细烘干焊接材料，将焊件、焊丝上的铁锈和油污清理干净。3）降低焊接接头的拘束应力 从焊接结构设计和焊接工艺等几方面设法解决。,返回,层状撕裂,在大型焊接结构中，往往采用30100mm甚至更厚的高强钢，如果焊接时在厚度方向承受大的拉伸拘束应力，就会发生如图5-2所示的阶梯型裂纹。产生原因：Z向拘束应力和轧制过程中在板厚方向上形成的非金属夹杂物（硫化物等）有关。,图5-2 层状撕裂,层状撕裂以预防为主。选用对层状撕裂敏感性小的材料，由厚度方向上的断面收缩率来衡量。从结构设计（如图5-3所示）和工艺上采取措施（低氢焊条，小线能量和预热等）。,返回,图5-3 减少Z向应力的措施,5再热裂纹,有些重要构件需要消除残余应力，而高温回火是目前最常用的消应力方法。在构件回火或高温长期工作中产生的裂纹称为再热裂纹。1）特点 a 一般只出现在沉淀强化低合金高强钢、珠光体钢、奥氏体钢等材料焊接构件中（含Mo、V、Cr、Nb和钛等元素）。b 通常发生在HAZ的粗晶粒区。c 裂纹起源于应力集中点，如焊趾和焊根处。d 接头必须有大的残余应力。e 产生在再热的升温过程中。,2）形成条件 晶内强化、局部大的应力集中。3）再热裂纹的控制 主要考虑改善过热粗晶区的塑性和减少残余应力，特别是要减少应力集中。a 预热和焊后热处理 可以降低焊接残余应力，减少过热区硬化。b 焊接线能量的控制。c 应用低强焊缝，提高塑性变形能力。d 减少残余应力（应力集中）TIG焊重熔焊缝表面；削去焊缝余高；根除咬边和未焊透。,返回,谢谢！,返回,