焊接裂纹及防止.ppt

某种钢开始出现裂纹时的氢含量称为临界含氢量[H]cr。各种钢的[H]cr值不同的，与钢的化学成分、刚度、预热温度及冷速有关。如碳当量越高，[H]cr越低（图5－43）。 2 氢的作用 冷裂纹也称为“氢致裂纹”。高强钢焊接接头含氢量越高裂纹的敏感性就越大。 焊缝中含氢量与焊接区域的清理、焊条类型、烘干温度和焊后的冷却速度等有关。 （1）氢的来源及焊缝中的含氢量 氢主要来自焊接材料中的水份、焊缝周边的铁锈、油污等。 氢在A体中的溶解度远大于在F体中的溶解度，因此在A →F时氢的溶解度急剧下降（图5－46a）。 氢在F体的扩散速度大于A体（图5－46b，表5－5）。 （2）金属组织对氢扩散的影响（1） 在焊缝冷却过程中，由于溶解度下降，氢极力逸出。若焊缝凝固速度较快，未逸出的氢滞留在焊缝金属中，氢原子便在金属内部扩散。由于氢在M体中扩散系数最小，造成氢集聚。 金属组织对氢扩散的影响（2） （1）马氏体致裂学说： 对淬硬倾向较大的钢焊接出现的冷裂纹是由于M体组织硬脆造成的，而且片状M体（挛晶M体）的淬火钢中更容易出现显微裂纹。这是由于硬脆M体形成时以极大的速度彼此撞击而成。在这些裂纹空间极易集聚氢，使裂纹扩展。所以M体相变是冷裂纹的主导因素，氢的作用是辅助的。 冷裂纹的两种学说（1） 强调氢脆是冷裂纹的主要原因。主要观点为： 金属内部的缺陷（微孔、夹杂、位错、空位）提供了潜在的裂纹源，在应力作用下，诱使氢原子向该处扩散并聚集结合成氢分子，产生很大的应力。这样氢在裂口尖端产生三维应力场，应力场又促使氢在该处富集造成更大的应力。当应力超过一定值时裂纹向前延伸，应力释放一部分，使氢的浓度扩散下降，低于氢的临界浓度，裂纹将暂停向前延伸。等到氢再次达到临界浓度时，裂纹再次向前扩展。 （2）氢脆致裂纹学说（1） 1 钢化学成分的影响 实质是钢的淬硬性的影响，Ceq越高，淬硬倾向就越大，冷裂敏感性越强。 根据构件的碳当量、氢含量和板厚可以估算冷裂纹的敏感性： 或 　　式中：Pc、Pw－裂纹敏感指数；Pcm－碳当量；R－拘束度。 四、影响冷裂纹的主要因素及其防治 　　根据Pc、Pw可确定避免冷裂纹所需的预热温度： 　　 T0 = 1440Pw－392℃ 焊接接头开始产生裂纹时的应力称为临界拘束应力σcr。σcr值可用试验方法测得。 设计焊缝时只要σcrσ（或R crR）就可以认为是安全的。 2 拘束应力影响（1） 在焊后冷却过程中，除一部分氢从表面逸出外，还向热影响区方向扩散。在扩散过程中，在一些塑性应变和微观缺陷部位发生氢聚集（应力集中高的部位的氢浓度高于平均值的5倍多），使这个部位很快达到临界氢浓度。 3 氢的影响（氢在焊缝中的行为）（1） 采用软质焊缝、改变坡口的形式（避免有应力集中的部位，如圆滑过渡）和预热、后热等措施均可降低氢的聚集。 氢的影响（氢在焊缝中的行为）（2） 氢常在熔合区附近聚集，而且在焊后最初10分钟内聚集速度最快。 （1） 焊接线能量：过大线能量E引起近缝区晶粒粗大，降低抗裂性能，尤其是有粗大M体时更有害。但对于低碳低合金钢适当增大线能量是有利的。线能量过小易使热影响区淬硬，也不利于氢逸出。 焊接工艺对冷裂纹的影响（1） 　　预热可以有效防止冷裂纹，但温度过高会增加附加应力（因是局部加热），反而增加冷裂倾向。所以预热温度主要是从降低冷速，减小淬硬倾向考虑。低合金高强钢的预热温度经验公式为： T(℃) = 324Pcm + 17.7[H] + 0.14σb + 4.72δ－214 （2） 预热温度（1） 由于冷裂纹存在潜伏期，所以要在裂纹产生前要进行加热处理。尤其是对不预热的焊件，后热处理要及时，温度要高。 后热处理的有利作用： 1）改善组织，提高韧性，减小淬硬性； 2）减低残余应力； 3）消除扩散氢； 4）降低预热温度（表5－12）。 （3） 焊后热处理（1） 后一道焊缝对前一道焊缝进行了热处理，有利于氢的逸出，组织的改善，可防止冷裂纹产生。但要在第一层焊缝尚未产生根部裂纹的潜伏期内完成第二道焊接。 （4） 多层焊 根据钢的冷裂纹敏感性Pw，焊的层数越多，预热温度越低（图5－71）。 （1）冶金方面： 1）采用低碳微量合金元素强化，既提高强度，又保证金属有一定的韧性。 2）采用高质量钢降低S、P、O、N杂质含量。 3）采用碱性低