冷裂纹 4.4 冷裂纹 Cold Cracking max.book118.com 机理 钢种的淬硬倾向 脆硬的片M组织 淬硬会产生较多的晶格缺陷 焊接时，近缝区加热温度高，A晶粒严重长大，在焊后快速冷却条件下，粗大的A就转变为粗大的M。这种脆硬的M组织易于裂纹的萌生及裂纹的扩展。 M是在快速冷却条件下产生的非平衡组织，其中含有大量的晶格缺陷，可能成为裂纹源，在焊接应力作用下，微裂纹不断扩展形成宏观裂纹。 为了判断淬硬组织对形成裂纹的影响程度，常以硬度为指标，用HAZ的最高硬度值Hmax来评定钢种的淬硬倾向。 对于一个钢种，在一定的工艺条件下存在一个可能产生冷裂纹的临界硬度值。但不同钢种此临界值是不同的，且是否会产生裂纹还于焊接应力及扩散氢含量有关。 氢的作用 延迟性 HAZ的缺陷处存在应力集中，H会向缺陷处扩散阻碍位错的运动，使材料变脆；同时H还会在缺陷处形成H２，使此处的应力进一步增高，当H浓度达到临界值时，三向应力会使金属间的连接(金属键)破坏，产生裂纹。 ∴H致裂纹具有延迟性。 易产生于HAZ 焊缝的含碳量通常比母材低，所以焊缝的A3比HAZ高； 焊缝先发生过冷A转变，而HAZ仍处于A状态； ∵[H]A [H]F     DA DF ∴焊缝中的H会穿过熔合线向HAZ扩散，使A中富H 焊接拘束应力 焊接热应力，金属相变时因体积变化引起的组织应力，以及焊接结构自身拘束条件所造成的应力，是任何焊接结构都不可避免的。 由于焊接的不均匀加热和冷却，使焊接接头产生的不均匀膨胀和收缩，引起的应力，称为焊接热应力。 焊接热应力的大小与母材和填充金属的强度、热理性质及结构的刚度等有关。强度越高，线胀系数越大，则焊接热应力越大。 焊后焊接接头中还会存在残余应力，对于屈服强度较低的材料，如低碳钢，残余应力最大可达σs。 在焊接冷却过程中，过冷奥氏体发生分解时（析出F、P、M）会引起体积膨胀，产生应力。 结构刚度、焊缝位置、焊接顺序、构件自重、负载等等，造成焊接接头的应力。 影响因素众多，难以找出规律。 焊接接头根部间隙产生单位长度的弹性位移时，单位长度焊缝上所承受的力。 拘束距离L及板厚h是影响拘束度的主要因素，减小L和增加h均会增加拘束度。当R大到一定程度时就会产生冷裂纹，此时的R值称为临界拘束度Rcr。 接头的Rcr越大，表明其抗裂性越好。 在拘束应力作用下，如果HAZ产生了脆硬的组织，且有扩散氢的聚集，则在HAZ将可能产生延迟裂纹。 氢、组织和应力三者对冷裂纹的影响是非常复杂的。 max.book118.com 冷裂纹敏感指数 冷裂纹敏感指数综合反映了淬硬组织、氢、拘束应力三大因素对冷裂纹的影响。上述公式是在200余种低碳低合金钢试验的基础上总结出来的经验公式。 适用范围： 工程应用 如果HD 5mL/100g max.book118.com 防止冷裂纹的措施 焊接材料的选用 焊接工艺 预热； 控制热输入；      不仅要考虑缓冷，减小淬硬倾向，还要防止晶粒粗化 后热。      减小残余应力；       改善HAZ组织，减小淬硬倾向；       除H。 4.5 层状撕裂 Lamellar Tearing 在焊接应力作用下，HAZ或稍远离焊缝的区域分层夹杂物（沿轧制方向）产生“台阶”式层状开裂。 层状撕裂主要发生在厚板结构的T型接头、十字型接头和角接头中，与材料的轧制和冶炼质量有关，在轧制过程中，一些非金属夹杂物，特别是硫化物，常平等于板面沿轧制方向分布，焊接时，产生的沿板厚方向的焊接应力，使这些夹杂物与金属基体脱离结合，形成裂纹。 4.6  应力腐蚀开裂    Stress Corrosion Cracking 在腐蚀与某种静态机械拉伸应力的共同作用下，工件中产生的裂纹扩展称SCC 沿晶SCC断口1The Fracture Face of Intergranular SCC  沿晶SCC断口2The Fracture Face of Intergranular SCC 沿晶SCC断口3The Fracture Face of Intergranular SCC 黄铜的SCC    The SCC of Brass           在钢中，晶界沉淀导致易于出现沿晶SCC，但晶界沉淀的这种受结晶学控制的影响并不是普遍规律，例如：?黄铜是一种无沉淀作用的材料，视条件之不同它可能呈穿晶型或呈沿晶型SCC。  软钢的沿晶SCC　The Intergranular SCC of Mild Steel             在SCC中最早为人们所熟知的案例之一就是以“碱脆”Alkali Embrittlement形式出现的软钢沿晶SCC。热的浓苛性钠溶液一度被作为实验室试验和研究的电解质溶液，但作为试验溶液，浓硝酸氨或浓硝酸钙的沸腾溶液更为普遍。  max.book118.com 改善零件腐蚀抗力措施Methods of Improving Corrosion Resistance of Materials  2）抗电化学腐蚀  Electrochemical Corrosion Resistance  抗应力腐蚀Stress Corrosion Resistance  1）抗氧化 Inoxidizable 1 选材  如：耐热钢         高温合金         耐热铸铁         陶瓷材料 2 表面处理  表面涂层 如：热喷涂铝            陶瓷 1   选材 不锈钢，耐蚀合金，钛合金，  陶瓷材料，高分子材料 2   表面处理 电镀Ni,Cr 浸镀Zn,Sn,Al,Pb等 热喷涂陶瓷， 喷涂涂料，搪瓷，塑料等等 3   电化学保护 阳极保护 阴极保护 4  加缓蚀剂 降低电解质中的腐蚀性 如：含氧水中加重铬酸钾 原油天然气中加吡，喹啉 * 焊后在较低温度下产生（-100~100 ℃ ），多有延迟性。 主要发生在高碳钢、中碳钢、低合金或中合金高强钢的HAZ，有些金属材料，如合金成份较高的超高强钢、 Ti及Ti合金有时冷裂纹亦产生于WM。 引起延迟裂纹的三大因素： 钢种的淬硬倾向 焊接接头的H含量及其分布 焊接拘束应力  钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分，板厚、焊接工艺及冷却条件等也有影响。钢种的淬硬倾向越大，冷裂倾向越大。 H H H H H H H Crack H H H H H H H Crack H2 H2 H2 A A F M A3 A1 H H H H H H H H v HAZ 若富H的A转变成M，则H不易扩散出去，保留在M中，使之进一步脆化。 若富H的A转变成F+渗碳体，则H可能扩散逸出，冷裂纹敏感性降低。 焊接热应力 组织应力 0.130 0.127~ 0.131 0.129 0.127 0.123~0.125 比容/cm3·g-1 Fe3C M P F A 组织 钢中不同组织的比容 结构自身拘束条件造成的应力 这三方面的应力统称为焊接拘束应力，其大小决定于焊接接头受拘束的程度，常用拘束度R来表示。 拘束度 两端被固定的对接接头 L h 假定焊缝冷却结束时，根部间隙产生了单位长度的弹性位移，则应变为： 焊缝对母材产生的拉伸应力为： 单位长度母材上所承受的力与单位长度焊缝上所承受的力相等，即拘束度R为： 0.3 0.4 0.5 5 10 15 20 Ceq R / ×1000N(m
4.4 焊接冷裂纹.ppt