焊接缺陷(热、冷裂纹)共45页

合金因素对产生结晶裂纹的影响（4）
2）碳：碳在δ相中的溶解度大于γ相（表5－4）， 所以含碳 <0.10（无包晶反应）的钢不易发生热裂。
碳是易偏析元素，并能加剧其它元素的有害作用（如S、P 等）。
表 5-4 硫 和 磷 的 溶 解 度
元
最 大 的 溶 解 度 (％ )
素
在δ 相 在γ 相
S
0.18
合金因素对产生结晶裂纹的影响（7） (7)铜：铜易引起热裂纹，如黄铜钎焊20钢引起的裂纹。
（3）结晶组织对结晶裂纹的影响（1）
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。
三、 防止结晶裂纹的措施
4）硅：Si是 脱氧元素，但焊缝中Si>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。
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。
第七章 焊接缺陷
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。
相图的结晶温度区间越大（即液 态存在的时间越长），产生热裂纹的 可能性越大（图5－19）。
影响相图结晶温度区间大小与合 金的含量有关。
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5－19虚线）。
相图类型和结晶温度区的大小（2） 各种状态图对产生结晶裂纹倾向的规律（图5－20）。
（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。
二、 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）。 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。
（1） 相图类型和结晶温度区的大小（1）
（2）合金因素对产生结晶裂纹的影响（1）
对凝固温度范围的影响； a) 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。
合金因素对产生结晶裂纹的影响（2）
1） 硫、磷：S、P可扩大Fe的结晶区间（图5－21），并能与 Fe形成多种低熔点共晶。
（2）改善焊缝组织
加入细化晶粒元素（Ti、Mo、 V、Nb）细化晶粒。
对A体不锈钢焊接可采用A+δ 双相组织焊缝（δ~5％），以减少 结晶裂纹和提高焊缝抗晶间腐蚀 能力。
2 抗热裂的工艺措施
选用合理的焊接工艺，如焊接工艺参数、预热、接头型 式、焊接顺序等，目的是尽量减少焊缝的拉伸应力。
（1）焊接工艺参数
焊接工艺参数（2）
则对厚板 对薄板
et2TcT02
来自百度文库t
E
ett2C Ee/Tc2T03
由这二式可见，适当增加线能量E和提高预热温度，可降低 冷却速度，减少焊缝金属的应变，从而降低结晶裂纹倾向。
（2） 接头形式
焊接接头形式对接头的受力状态、 结晶条件和热的分布影响很大，因而 结晶裂纹倾向也不同（图5－26）。
第二节 焊接热裂纹
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。
结晶裂纹的形成机理（1）
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516）。
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。
结晶裂纹的形成机理（2）
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。
结晶裂纹的形成机理（3）
（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”。
从冶金因素和工艺因素（减少应力）两方面着手。 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、P<0.05％，高合金钢<0.04％， 不锈钢<0.02％或更低。
对重要焊接构件应采用碱性焊条或焊剂，以进一步减小有 害杂质含量。
焊接热循环产生的拉伸应力引起应变为Δε，则单位温度变 化引起的应变是：

t
ttc
式中：t－温度；α－膨胀系数；ωc－冷速。
（1） 焊接工艺参数（1）
对于厚板
c
2Tc
T02
E
对于薄板 c 2cTEc/T022
式中Tc－某瞬间温度；T0－初始温度；E－焊接线能量；λ－导热系 数；C－比热容；e－密度。
0.05
P
2.8
0.25
合金因素对产生结晶裂纹的影响（5）
3）锰：Mn有脱硫作用，生成高 熔 点 MnS （ 1600℃ ） ， 生 产 的 MnS为球状。
随着钢中含碳量增加，Mn/S 也应提高。否则影响Mn的脱硫 效果。含碳量越高，S的危害越 大（图5－23 ）。
合金因素对产生结晶裂纹的影响（6）