焊接热裂纹 经典.pptxVIP

第五章 焊接热裂纹 2 (一)热裂纹 热裂纹是在焊接时高温下产生的，故称热裂纹(Hot Cracking)，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。根据所焊金属的材料不同(低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等)，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同。因此，就目前的认识水平，又把热裂纹分为结晶斑纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。 3 1．结晶裂纹 焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。多数情况下，在发生裂纹的焊缝断面上，可以看到有氧化的彩色，说明这种裂纹是在高温下产生的。 4 结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中(含硫、磷、碳、硅偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。个别情况下，结晶裂纹也能在热影响区产生。 5 2．高温液化裂纹 近缝区或多层焊的层间部位，在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂。 液化裂纹主要发生在含有铬镍的高强钢、奥氏体钢，以及某些镍基合金的近缝区或多层焊层间部位。 6 3.多边化裂纹 焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于这些晶格缺陷的迁移和聚集，便形成了二次边界，即所谓“多边化边界”。 因边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以它的组织性能脆弱，高温时的强度和塑性都很差，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多边化的边界开裂，产生所谓“多边化裂纹” 7 第二节 焊接热裂纹 热裂纹是焊接生产中比较常见的一种缺陷，从一种常用的低碳钢、低合金钢，到奥氏体不锈钢、铝合金和镍基合金等都有产生热裂纹的可能。 关于热裂纹的种类，在前面已作了简要的介绍，主要是结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三种。但这方面还在不断发展，有人把高温空穴开裂和蜕变开裂(包括再热裂纹)也都划归热裂纹的范畴。焊接生产过程中所遇到的热裂纹，主要是结晶裂纹，故本节以结晶裂纹为主进行讨论。 8 一、结晶裂纹的形成机理 长期以来，世界上许多国家对结晶裂纹的形成机理作了大量的研究工作。在生产和实验研究发现，结晶裂纹都是沿焊缝中的树枝状晶的交界处发生和发展的，如图5-13所示。最常见的是沿焊缝中心纵向开裂(见图5-14)。有时也发生在焊缝内部两个树枝状晶体之间(见图5-15)。 9 10 在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜” ，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带。在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。 11 总括以上，产生结晶裂纹的原因，就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的内因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。 从前面的讨论可知，这种裂纹是在焊缝结晶过程中产生的。但是，在整个结晶过程中究竟在什么阶段产生裂纹的倾向最大，有必要作进一步讨论。现以低碳钢的焊接为例，可把熔池的结晶分为以下三个阶段： 12 13 (一)液固阶段 熔池开始结晶时，仅有少量的晶核，以后逐渐晶核长大和出现新的晶核，但始终保持有较多的液相，相邻晶粒之间不发生接触，液态金属可在晶粒之间自由流动。此时虽有拉伸应力存在，但被拉开的缝隙能及时地被流动着的液态金属所填满，因此在液固阶段不会产生裂纹。 14 (二)固液阶段 当结晶继续进行时，固相不断增多，且不断长大，冷却到某一阶段时，已凝的固相彼此发生接触，并不断倾轧到一起，这时液态金属的流动就发生了困难，即熔池结晶进入了固液阶段。在这种情况下，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，只要稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，故把这个阶段叫作“脆性温度区” 15 (三)完全凝固阶段 熔池金属完全凝固之后所形成的焊缝，受到拉伸应力时，就会表现出较好的强度和塑性，很难发生裂纹，但应指出，对于某些金属在焊缝完全凝固以后，仍有一段温度内塑性很低，也会产生裂纹，即所谓高温低塑性裂纹(多边化裂纹)。 综上所述，当温度高于或低于a~b之间的脆性温度区时，焊缝金属都有较大的抵抗结晶裂纹的能力，因此具有较小的裂纹倾向。 16 产