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第五章 材料成型中的裂纹 天津大学 王惜宝 第一节 焊接裂纹的分类 图5-1 焊接裂纹的宏观形态及分布 a) T型接头的宏观裂纹 b) 对接接头的焊接裂纹 c) 焊缝收弧处的弧坑裂纹 1－焊缝中纵向裂纹 2 －焊缝中横向裂纹 3 －熔合区裂纹 4 －焊缝根部裂纹 5－热影响区根部裂纹 6，7 －焊趾裂纹 8－焊道下裂纹 9 －层状撕裂 10－弧坑纵向裂纹 11－弧坑横向裂纹 12－弧坑星形裂纹 根据裂纹产生的机理，焊接裂纹可分为： •焊接热裂纹 结晶裂纹 液化裂纹 多边化裂纹 •焊接冷裂纹 延迟裂纹 淬硬脆化裂纹 低塑性裂纹 •再热裂纹 •层状撕裂 •应力腐蚀裂纹 各种裂纹的基本特征如表5-1所示 第二节 焊接热裂纹 一、热裂纹的主要特征 •热裂纹出现时间： 在结晶后期，邻近固相线的温度范围内，焊后立即产生； •结晶裂纹主要产生钢种： 在含碳、硫、磷等杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中和单相奥 氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中； •热裂纹主要分布位置： 在焊缝中心、弧坑，有的分布在焊缝的柱状晶晶界，有的分布 在热影响区的过热区 •热裂纹的显微特征： 产生具有沿晶开裂特征，它是沿原奥氏体晶界开裂，裂纹 尖端圆钝，裂纹表面还多伴随有氧化色彩。 •热裂纹的产生与焊缝和热影响区中碳、硫、磷等杂质的含量及结晶 后期硫、磷等在晶界形成的低熔点共晶有关； 二、热裂纹的分类 (一) 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。 (二) 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点共晶而被重 新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂 (三) 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，产生所谓产多边化裂纹” 三、结晶裂纹形成的机理 结晶裂纹是在液态薄膜和拉应力共同作用下产生的，其中 •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 １. 结晶过程中焊缝金属的塑性 (1) 液固阶段： (2) 固液阶段： (3) 完全凝固阶段： (二) 结晶裂纹形成的条件 1. 应变按曲线1变化 在固 相线Ts 附近的应变为△e ， 此时焊缝的塑性储备量 △e =P -△e 0 ，此时不 s min 会产生结晶裂纹。 2. 应变按曲线2变化 在固 相线Ts 附近，焊缝的塑性储 备量△es=Pmin-△e ＝ 0,应变 △e恰好与焊缝金属的最低 塑性值Pmin相等，此时处于临界状态。 3. 应变按曲线3变化 在固相线Ts 附近，焊缝的塑性储备量 △e =Pmin-△e 0 焊缝应变值△e 已超过焊缝金属的最低塑性值 s Pmin ，此时必然产生裂纹。 四、影响结晶裂纹的因素及防止措施 是否产生结晶裂纹取决于 1、焊缝金属的脆性温度区间TB 的大小；2 、脆性温度区内的最小塑性Pmin ；3、脆性温度区内 应变增长率，4 、这些因素之间的相互关系。 因此, 从本质上看，影响结晶裂纹的因素主要可归纳为冶 金因素和力的因素 (一) 冶金因素对结晶裂纹的影响 1. 结晶温度区间的影响： 合金状 态图中结晶温度区间越大,脆性温度 区间也越大,结晶裂纹倾向越大 2. 硫、磷的影响 3、碳的