焊接冷裂纹产生机理影响因素及防治措施.wps

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1、焊接冷裂纹产生机理影响因素及防治措施1、冷裂纹的一般特征1、产生温度Ms 点附近或 200300以下温度区间2、产生的钢种和部位发生在高碳钢、 中碳钢、 低合金、 中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、 Ti 合金发生在焊缝3、裂纹的走向：沿晶、穿晶4、产生时间可焊后立即出现，也有的几小时，几天、更长时间延迟裂纹：不是在焊后马上出现的要经过一定时间才出现的裂纹延迟裂纹延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它不是焊后出现，因此危害性更大延迟裂纹三种形态1）、焊趾裂纹缝边裂纹起源于焊缝和母材的交界处，并有明显应力集中的地方，裂纹的取向经常与焊缝纵向平行，由焊趾的表面开始，向母材的深处延伸2）、

2、焊道下裂纹发生在淬硬倾向较大，含氢较多钢种的焊接热影响区，裂纹取向与熔合线平行，但也有时垂直于熔合线3）、根部裂纹起源于应力集中的焊缝根部，可能发生在焊接热影响区，也可能发生在焊缝（含氢量高，预热不足）2、延迟裂纹的机理高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主要是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。 延迟裂纹的开裂过程存在这两个不同的过程，即裂纹的起源和裂纹的扩展，扩展到一定情况下，发生断裂，我们只从宏观的角度阐述一下产生延迟裂纹的三要素。1、 钢种的淬硬倾向焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结构板厚及冷却条件。钢种淬硬倾向越大，越容易产生裂纹，其

3、原因为1）、形成脆硬的马氏体i)、马氏体的形状条状马氏体：低碳马氏体，含碳量小于 0.3%C，呈条状Ms 点较高，在转变后起到自行回火作用，因此有一定韧性如低碳钢、低碳合金钢片状马氏体：含碳量高时，形成片状马氏体，片内存着平行状的孪晶，亦称孪晶马氏体，硬度高，组织脆对裂纹敏感ii)、组织对冷裂纹的敏感倾向F、P 条状 M 上贝氏体粒状 BM+A 孪晶马氏体，可知孪晶马氏体对裂纹最敏感FBiii)、利用 SHCCT 图评定钢种对冷裂纹的敏感性，有试验结果看出，如果熔合区焊后 800500冷却时小于就会出现裂纹，也就是说可以利用出现铁素体的临界冷却时间来作为焊接接头裂纹倾向的判据t 800500不

4、裂2)、淬硬产生晶格的缺陷材料在淬硬后，会产生较多的晶格缺陷，淬火后出现的晶格缺陷主要是空位位错，相变应力的作用下产生较多的位错，在焊接应力作用下，空位与位错发生移动聚集，fCfCfCfC当达到一定浓度时，产生裂纹源，硬度扩展成为裂纹。2、 氢的作用氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的重要因素之一，氢具有延迟作用，由氢引起的延迟裂纹称为氢致裂纹也称氢诱发裂纹。氢致裂纹Hydrogoundacpd CrackH 裂临界含氢量，与化学成分预热温度，冷却速度有关，局部区地区的含氢量达到某一临界值时，便开始出现裂纹时的含氢量。若H则开裂 crHcrH1）、氢在焊缝金属中的溶解与扩散来源： 焊接材料（焊条

5、、焊剂）水分工件、焊丝表面、油、锈空气中的水分溶解：H 原子氢离子氢，溶解于焊接熔池，冷却时氢极力外逸，来不及逸出的残余存在焊缝、 焊缝残留扩散氢裂纹冷却情况不同氢量不同2）、金属组织对氢的扩散影响a、 氢的溶解度氢在奥氏体溶解度大，在铁素体中溶解度小b、 氢的扩散速度铁素体珠光体索氏体托氏体马氏体奥氏体HOH 在铁素体、珠光体中最大在奥氏体中最小3）、热影响区氢致裂纹产生 氢在致裂过程中动态行为一般，希望焊缝中含碳量低于母材，裂纹倾向低于热影响区。 焊接时，焊缝溶解了大量的H，冷却后极力进行扩散外逸，氢原子中焊缝金属向热影响扩散的情况如图614i.焊缝、 母材、 热影响区含碳量不同、 相变组

6、织不同焊缝含碳量较低发生了转变。（先转变）热影响区含碳量较高（后转变）PFAMAii).焊缝中多余的H扩散，焊缝 F、P 氢的熔解度小，扩散速度大，扩散熔合线未发生转变的 A 热影响区扩散此时，A 溶解度大，扩散速度小来不及扩散到熔合区较远的母材熔合区附近成为富氢地带。iii).氢以过饱和状态残存于马氏体中滞后一段时间，热影响区发生转变氢以过饱和状态残存于 M，并聚集在一些晶格缺陷里应力集中处，熔合线处H 2H 造成很大应力，在缺陷处若H=11ml/100gMA2H2mMA压力=140kg/m 产生组织应力（比容不同）热应力，组织应力共同作用易产生裂纹。若H 产生焊道下裂纹若 H 较低，裂纹出

7、现在应力集中，缺陷处产生焊趾裂纹或焊根裂纹。4）、氢致裂纹开裂机理充氢钢定载拉伸试验焊接时氢引起裂纹延迟形成的特点与充氢钢的定载拉伸试验所表现出的延迟断裂特征一致。图6-16 是充氢钢断裂时间与应力的关系曲线上临界应力 ？ uc下临界应力若断裂可理解为强度极限产生裂纹某结构的临界裂纹敏感指数2）、拘束应力的影响CMPBVMoNirCCuMoSiCPCM51015602020gml1005lg065. 040000HRPPCMHcrPcrP对接接头500 R=71K1arctg(0.017)(/400)2不产生裂纹 R产生裂纹 RRcrcrRcrR不产生裂纹的临界拘束度（通过实验方法测）R 可通

8、过计算或实测求得 只适用单向拉伸3)、氢的有害影响4）、工艺影响线能量调整焊接线能量主要是调整焊接接头冷却过程中 800500的冷却时间（或1350100冷却时间）q.裂q 太大，产生过热组织，晶粒粗大只能通过实践摸索合适的线能量预热温度目的，减缓焊接接头的冷却速度，适当延长 800500的冷却时间，减少淬硬倾向，利于 H 逸出可依试验条件.Ht冷找出相应的预热温度计算公式公式时一定注意使用范围焊后后热采用后热使扩散氢能充分的由焊缝中逸出对于低合金高强钢厚壁容器的焊接后热 T=300350 t=小时 避免延迟裂纹，并降低预热温度。一般后热T 越高则 t 越小多层焊多层焊时，后一层对前一层有消氢

9、作用，改善前层焊缝的淬硬组织，多层焊的预热温度比单层焊时低，但多层焊时，层间温度主要控制得好，否则会使氢逐层积累，产生弯由变形，产生应力集中，使裂纹倾向加重。综合上述各影响因素，提出了预测高强钢焊接接头延迟裂纹倾向的判据公式。判据公式出发点综合焊接接头的淬硬倾向，含氢量拘束应力。产生裂纹在一定焊接条件下，第一层焊缝焊后冷却到 100刚刚不出现裂纹的时间临界冷却时间（常数）实际焊接条件下，熔合区附近 1350100的冷却时间=A100ttcrcrt100tcrtn HMP)28. 0(A.n实验常数裂纹敏感系数若越高，则越大，越易产生裂纹，从理论上讲，为了防止延迟裂纹要选择这样的施工条件，即焊接

10、接头的实际冷却时间要大于发生裂纹的临界冷却时间延迟裂纹产生条件的影响因素图解？2、 防止措施1）、冶金措施（低碳微量多合金）HMPNPcrt100tcrtCMPH选用低氢焊接材料，低氢焊接方法如CO2焊H H=0.041.0ml/100g控制氢的来源，烘干焊条消理焊件焊丝加入某些合金元素，提高塑性新结 507MOV、Si加入细化细粒的 Mo、V更冷裂纹能力强采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾向较大的低合金高强钢，避免冷裂纹，A 塑性好，减少焊接接头的残余应力A 溶氢多2）、工艺措施选择合适的焊接线能量 q、V冷、t100减少裂但有晶粒粗大现象预热冷却速度H外逸后热H消氢处理350保温 12 小时，使氢外逸3）、拘束应力防止焊缝分布密集，消除应力集中部位如缺口，坡口形状对称适当的预热、后热、缓冷