层状撕裂

（二）影响层状撕裂的因素 1．非金属夹杂物的种类、数量和分布形态它是产 生层状撕裂的基本原因，是造成钢的各向异性、力 学性能差异的内在因素。钢中夹杂物一般常见的有 硫化物、各种硅酸盐和铝酸盐等。 2．Z向拘束应力 厚壁结构在焊接过程中承受不同程度的Z向拘束应 力，同时还不焊后的残余应力及负载，它们是造成 层状撕裂的力学条件。 3．氢的影响 在焊接热影响区附近，由冷裂诱发成为层状撕裂中 氢是一个重要的影响因素。
启裂源分类 第1类 以焊根裂纹。焊趾裂 纹为启裂源，沿HAZ发展
成因 焊趾裂纹为启裂源，沿HAZ发展由 冷裂而引起的（PCM、HD、RF偏 高）伸长的MnS夹杂物 角变形引起 有弯曲拘束应力或缺口引起的应变 集中
第2类 以轧层夹杂物为启裂 源。沿HAZ发展
第3类 完全由收缩应变而致 ，以轧层夹杂物为启裂源， 沿远离HAZ的母材板厚中央 发展 HAZ：热影响区域
根据层状撕裂产生的位置大体可分三类： （1）在焊接热影响区焊趾或焊根处由冷裂纹而诱发 现成的层状撕裂； （2）在焊接热影响区沿夹杂开裂，是工程上最常见 的层状撕裂； （3）远离热影响区母材中沿夹杂开裂，这种情况多 出现在有较多MS的片状夹杂的厚板结构中。 层状撕裂主要发生在低合金高强钢的厚板焊接 结构中，多用于海洋采油平台、核反应堆压力容器 及潜艇外壳等重要结构。
层状撕裂
主要内容
概念 概念
常见 形貌 特征
产生 原因
预防 措施
概念
大型厚壁Байду номын сангаас构， 在焊接过程中会沿钢 板的厚度方面出现较 大的拉伸应力，如果 钢中有较多的夹杂， 那么沿钢板轧制方向 出现一种台阶状的裂 纹，一般称为层状撕 裂。
一、层状撕裂的特征及其危害性 • 层状撕裂是一种内部 沿轧向的应力开裂， 它的特征是呈阶梯状 ，这是其他裂纹所没 有的。 • 层状撕裂常出现在T 形接头、角接头和十 字接头中。
例如
• 作用于收缩方向上的焊缝厚度aD尽可能低
•焊缝连接基础应尽可能大
常见形貌特征
•宏观形态
(A) ~ (D)比较 典型, 也常 见,(E)是产生 在自动焊对接 接头的一种撕 裂, 又称为热 撕裂或液化开 裂。
•显微断口
•右上图是一种由平台—直壁— 平台组成的阶梯状断裂面
•裂缝平台区平坦, 边界清晰, 几乎看不到塑性变形, 是片状 夹杂物与基体在拉伸应力作用 下形成的一种解理面, 平台之 间被山脊状撕裂棱所间隔。因 此认为, 层状撕裂是低延性准 解理断裂, 见右下图。
伸长的MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物 拘束度大，存在Z向拉伸拘束应力 氢脆
轧层中的长条MnS夹杂物及硅酸盐 夹杂物 拘束度大，弯曲拘束产生的 残余应力应变时效
预防措施
（一）选用具有抗层状撕裂的钢材，降低钢中夹杂 物的含量和控制夹杂物的形态，来提高钢板厚向的 塑性是有效的。 （二）设计和工艺上的措施 在设计和施工工艺上主要是避免Z向应力和应力集 中，具体措施如下： （1）应尽量避免单侧焊缝，改用双侧焊缝，这样可 以缓和焊缝根部的应力状态，并防止应力集中。
（2）在强度允许的情况下，尽量采用焊接量少的对 称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝，以避免产 生过大的应力。 （3）应在承受Z向应力的一侧开坡口。 （4）对于T形接头，可在横板上预先堆焊一层低强 的熔敷金属，以防止焊根出现裂纹，同时亦可缓和 横板的Z向应力。 （5）为防止由冷裂引起的层状撕裂，应尽量采用一 些防止冷裂的措施，如降低氢量、适当提高预热、 控制层间温度等。
二、层状撕裂的形成机理及其影响因素
（一）层状撕裂的形成机理 厚板结构焊接时，特别是T形和角接接头，在 强制拘束的条件下，焊缝收缩时会在母材厚度方向 产生很大的拉伸应力和应变，当应变超过母材金属 的塑性变形能力时（沿板厚方向），夹杂物与金属 基体之间就会发生分离而产生微裂，在应力的继续 作用下，裂纹尖端沿着夹杂所在平面进行扩展，就 形成的所谓“平台”。
产生原因
• 层状撕裂的产生与钢种强度级别无关，主要与 钢种夹杂物量和分布形态有关。 • 在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等 低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用 为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与 表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接 应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这 种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成 层次撕裂的阶梯性。