熔焊原理-第五章

第五章

一、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。

按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：

1、热裂纹

产生：在焊接时高温下产生。

特征：宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽，微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质。热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。

2、再热裂纹

产生：由于重新加热（热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。

特征：多发生的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。再热裂纹的敏感温度，视钢种的不同约550～650℃。

3、冷裂纹

产生：温度区间在+100℃～-75℃之间。

特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。冷裂纹又分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）、低塑性脆化裂纹等三类。

4、层状撕裂

产生：由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。

特征：它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃；常发生在厚壁结构的T型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。

5、应力腐蚀裂纹

产生：金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象，称应力腐蚀裂纹。

特征：形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。从端口来看，为典型的脆性断口。

二、焊接结晶裂纹的形成过程及条件是什么？

1、过程：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。

2、条件：必要条件是拉伸应力。焊缝在脆性温度区间所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性，或者说焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量()s e∆小于零时就会产生结晶裂纹。

三、结晶裂纹冶金和力学影响因素有哪些？防治措施有哪些？

1、冶金因素

1) 结晶温度区间

2) 合金元素

3) 低熔共晶形态

4) 结晶组织形态及组织对结晶裂纹的影响

2、力学因素

在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性温度区内金属所承受的拉伸应力。 产生结晶裂纹的充分条件：σσ

产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作用，二者缺一不可。

3、防止措施

1) 冶金方面

①控制焊缝中有害杂质的含量

限制S 、P 、C 含量S 、P<0.03-0.04

焊丝C<0.12% (低碳钢)

焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝

②改善焊缝的一次结晶

细化晶粒，加入Mo 、V 、Ti 、Nb 、Zr 、Al 双相组织

③限制熔合比

④利用“愈合作用”

2) 工艺方面（减少拉应力）

四、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？

1、脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。[金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间]

2、由于该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低

五、综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。

1、在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。

2、脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。

六、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。

1、特征：

冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。有时沿晶界扩散断裂，有时是穿断裂。冷裂纹主要发生在焊缝金属中。

2、影响因素：

1）钢种化学成分的影响，钢种的碳含量越高，淬硬倾向越大，即增大冷裂纹的敏感性；

2）拘束应力的影响；

3）氢的有害影响；

4）焊接工艺对冷裂纹的影响，包括焊接线能量、预热、焊后后热、多层焊的影响。

七、一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZ产生？

1、氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M，所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言(如18-8不锈钢)，氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中碳钢、中合金钢和部分含碳较多的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。

2、由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZ扩散；焊缝先于母材在高温下发生相变，由A分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向HAZ扩散，此时HAZ仍处于奥氏体态。因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。