第六章焊接裂紋

1、123船舶中部主甲板橫向斷裂情況船舶中部主甲板橫向斷裂情況 圖1 船舶完全斷裂實(shí)例1圖2 船舶完全斷裂實(shí)例245按裂紋形態(tài)分類按裂紋形態(tài)分類(a)焊縫金屬中的裂紋焊縫金屬中的裂紋 (b)焊接熱影響區(qū)的裂紋焊接熱影響區(qū)的裂紋67產(chǎn)生部位在熱影響區(qū)的過熱區(qū)中，產(chǎn)生部位在熱影響區(qū)的過熱區(qū)中，屬于典型的晶間斷裂性質(zhì)。屬于典型的晶間斷裂性質(zhì)。產(chǎn)生于再熱的升溫過程中，敏感溫產(chǎn)生于再熱的升溫過程中，敏感溫度一般在度一般在500700之間。之間。891011121314結(jié)晶裂紋15液化裂紋近縫區(qū)液化裂紋近縫區(qū)液化裂紋1-未混合區(qū)未混合區(qū) 2-部分熔化區(qū)部分熔化區(qū) 3-粗晶區(qū)粗晶區(qū)HAZ液化裂紋16 BAC裂紋

2、ABAB微裂紋微裂紋多邊化裂紋17液固狀態(tài)液固狀態(tài)固液狀態(tài)固液狀態(tài)偏析偏析低熔點(diǎn)共晶低熔點(diǎn)共晶液態(tài)薄膜液態(tài)薄膜脆性溫脆性溫度區(qū)間度區(qū)間凝固收縮凝固收縮應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變拘束拘束凝固凝固裂紋裂紋18結(jié)結(jié)晶晶裂裂紋紋1920金屬凝固過程中的脆性溫度區(qū)金屬凝固過程中的脆性溫度區(qū)TL液相線液相線 TS固相線固相線 TB脆性溫度區(qū)脆性溫度區(qū)THTB上限上限 TSTB下限下限塑塑性性TBTS TLTHTSab溫度溫度T固相固相固液固液液固液固液相液相焊縫凝固過程中經(jīng)歷的階段焊縫凝固過程中經(jīng)歷的階段21產(chǎn)生凝固裂紋的條件產(chǎn)生凝固裂紋的條件應(yīng)變應(yīng)變 塑性塑性 TL液相線液相線 TS固相線固相線TB脆性溫度區(qū)

3、脆性溫度區(qū) THTB上限上限 TSTB下限下限TB,T/TLTHTSTSmin123 f (T)(T)22裂紋傾向裂紋傾向/%溫度溫度/凝固溫度區(qū)與裂紋傾向的關(guān)系凝固溫度區(qū)與裂紋傾向的關(guān)系 實(shí)線實(shí)線平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 虛線虛線非平衡狀態(tài)非平衡狀態(tài)23二元合金相圖與凝固裂紋傾向的關(guān)系二元合金相圖與凝固裂紋傾向的關(guān)系a）完全互溶）完全互溶 b）有限固溶）有限固溶 c）機(jī)械混合物）機(jī)械混合物 d）完全不固溶）完全不固溶虛線凝固裂紋傾向的變化虛線凝固裂紋傾向的變化a）b）c）d）24鋼中各元素的偏析系數(shù)鋼中各元素的偏析系數(shù)K252627球狀球狀 裂紋傾向增加裂紋傾向增加 薄模狀薄模狀283103)100

4、/25/(VMoCrMnNiSiPSCHCS29相在奧氏體基底上的分布相在奧氏體基底上的分布a）單相奧氏體）單相奧氏體 b）奧氏體奧氏體奧氏體奧氏體鐵素體鐵素體液態(tài)薄液態(tài)薄膜膜a)b)30G 晶內(nèi)強(qiáng)度；晶內(nèi)強(qiáng)度；0 晶間強(qiáng)度晶間強(qiáng)度m金屬強(qiáng)度，取決前二者金屬強(qiáng)度，取決前二者T0 等強(qiáng)溫度，即等強(qiáng)溫度，即G =0時的溫度時的溫度1、2 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力3132應(yīng)變速率：應(yīng)變速率：焊接速度快焊接速度快 焊縫成形系數(shù)焊縫成形系數(shù)對熱裂傾向的影響對熱裂傾向的影響 333435363738394041延遲裂紋424344最高硬度值越大，同樣也說明最高硬度值越大，同樣也說明焊接接頭冷裂傾向越大，因此焊接接

5、頭冷裂傾向越大，因此許多國家對低合金高強(qiáng)度鋼的許多國家對低合金高強(qiáng)度鋼的熱影響區(qū)最高硬度作了規(guī)定：熱影響區(qū)最高硬度作了規(guī)定：例如，根據(jù)稻填道木等的試驗(yàn)，例如，根據(jù)稻填道木等的試驗(yàn)，對于低氫焊條，為了不致于產(chǎn)對于低氫焊條，為了不致于產(chǎn)生根部裂紋，規(guī)定了幾種低碳生根部裂紋，規(guī)定了幾種低碳低合金高強(qiáng)度鋼臨界馬氏體含低合金高強(qiáng)度鋼臨界馬氏體含量分別為量分別為：硬度值可采用實(shí)驗(yàn)測試方法測定，也可用計(jì)算硬度值可采用實(shí)驗(yàn)測試方法測定，也可用計(jì)算方法求得，日本的鈴木和百合用等人，提出如方法求得，日本的鈴木和百合用等人，提出如下計(jì)算公式：下計(jì)算公式：馬氏體組織馬氏體組織HT6060HT7075HT8090454

6、6焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)焊道下過熱粗晶區(qū)焊道下過熱粗晶區(qū)焊趾與焊根部位焊趾與焊根部位 132323焊接冷裂紋分布形態(tài)焊接冷裂紋分布形態(tài)1焊道下裂紋焊道下裂紋 2焊根裂紋焊根裂紋 3焊趾裂紋焊趾裂紋474849內(nèi)拘束應(yīng)力內(nèi)拘束應(yīng)力焊接時的不均勻加熱焊接時的不均勻加熱和冷卻過程所產(chǎn)生的和冷卻過程所產(chǎn)生的熱應(yīng)力熱應(yīng)力、金屬、金屬相相變應(yīng)力變應(yīng)力稱為稱為“內(nèi)拘束應(yīng)力內(nèi)拘束應(yīng)力”，外拘束應(yīng)力外拘束應(yīng)力把結(jié)構(gòu)剛度和焊接順把結(jié)構(gòu)剛度和焊接順序等所引起的應(yīng)力稱為序等所引起的應(yīng)力稱為“外拘束應(yīng)外拘束應(yīng)力力”。50LELLLlFlFRbbF1拘束度拘束度(Restraint Intensity)的概念：的概念：

7、拉伸拘束度拉伸拘束度RF和和彎曲拘束度彎曲拘束度RS5152）。度的冷卻時間（由峰值溫度冷至）；度的冷卻時間（）測氫法）（擴(kuò)散氫含量（式中ststgmlJISHBVMoNiCrCuMnSiCpttHPcmcmcr100500800;100/510156020308 . 9)107 . 973. 2) 1lg(2 .282113 .86(1005/810025/853關(guān)于氫致延遲開裂機(jī)理，目前有多種理論，如關(guān)于氫致延遲開裂機(jī)理，目前有多種理論，如空洞內(nèi)氣體壓力學(xué)說空洞內(nèi)氣體壓力學(xué)說、位位錯陷阱捕氫學(xué)說錯陷阱捕氫學(xué)說和和氫吸附理論氫吸附理論等。但是，能夠較好解釋氫和應(yīng)力交互作等。但是，能夠較好解釋

8、氫和應(yīng)力交互作用的延遲裂紋理論是用的延遲裂紋理論是氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散理論氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散理論。 氫致裂紋的擴(kuò)展過程氫致裂紋的擴(kuò)展過程54uc應(yīng)力應(yīng)力/MPaLC時間時間 t/h斷裂曲線斷裂曲線潛伏期潛伏期裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展裂紋發(fā)生曲線裂紋發(fā)生曲線延遲斷裂時間與應(yīng)力的關(guān)系延遲斷裂時間與應(yīng)力的關(guān)系UC上臨界應(yīng)力上臨界應(yīng)力 LC下臨界應(yīng)力下臨界應(yīng)力55565Mo156Mn)(VCrNiCuCIIWCE)(%)2P13Cu(4Mo51524Si6Mn)AWS(CrNiCCeq美國焊接學(xué)會提出美國焊接學(xué)會提出的碳當(dāng)量公式：的碳當(dāng)量公式：q從公式可知，碳是對冷裂紋傾向影響最大的元素，所以近年來各國都從公式可知，碳是對冷裂紋傾向影響最大的元素，所以近年來各國都在致力于發(fā)展低碳、多元合金化的新鋼種。如發(fā)展了一些無裂紋鋼在致力于發(fā)展低碳、多元合金化的新鋼種。如發(fā)展了一些無裂紋鋼(CF鋼鋼