焊接冷裂纹的分类、危害及机理.ppt

高强钢焊接产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之后受到氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束应力的作用下产生裂纹。 6.3 焊接冷裂纹 6.3.1冷裂纹的危害性及其一般特征 冷裂纹的危害性 焊接裂纹不仅造成设备的损失，更重要的是直接威胁人的生命安全。 冷裂纹的一般特征 裂纹在Ms点附近或更低温度区间逐渐产生；裂纹起源多发生在具有缺口效应的热影响区或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带；裂纹扩展或沿晶或穿晶，取决于组织、应力状态和氢含量等。 冷裂纹可以焊后立即出现，也有要经过一段时间才出现 6.3.2 冷裂纹的种类 延迟裂纹可分为以下三种： 1）焊趾裂纹 2）焊道下裂纹 3）根部裂纹 A B A焊趾裂纹及B焊道下裂纹 6.3.3 焊接冷裂纹的机理 大量实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头焊氢量及其分布，以及接头所承受的拘束英里状态是高强钢焊接冷裂纹产生的三大要素。 钢种的淬硬倾向 淬硬引起开裂的原因： 形成淬硬的马氏体组织 焊接条件下形成的M是一脆硬组织，发生断裂消耗能量较低，裂纹易形成和扩展。但不同成分和形态的M，对裂纹的敏感性是不同的。组织对裂纹敏感性顺序 F或P→BL→ML→Bu→Bg→M-A→MT 淬硬会形成更多的晶格缺陷 氢的作用 氢是引起高强钢焊接冷裂纹重要因素之一，并具有延迟特性。 试验研究表明，含氢量越高，裂纹敏感性越大，当局部地区的含氢量超过某一临界值[H]cr时，便开始出现裂纹。 [H]cr与钢的化学成分、刚度、预热温度及冷却条件有关。 碳当量与临界含氢量的关系 实验证明焊缝氢含量中的扩散氢对冷裂纹的产生和扩展起决定作用，实际上只有在较低温度下的扩散氢才具有致裂作用。这部分扩散氢称为“残余扩散氢[H]R”。 焊接高强钢冷至100℃附近时，氢在某些部位发生聚集而起致裂作用，因此冷至100℃时的残余扩散氢[H]R100才是致裂的有效氢含量。 确定HR100 有两个途径：① 实测；②根据Fick扩散定律建立方程求解。 氢在形成冷裂纹过程中的作用： ① 氢的来源及焊缝中的含氢量 焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环境湿度等是焊缝中富集氢的来源。 ② 金属组织对扩散氢的影响 氢在不同组织中的溶解度和扩散系数不同。 氢在奥氏体中的溶解度远比铁素体高，且随温度增高而增加；氢在奥氏体中扩散速度比在铁素体中慢。 ③ 氢在致裂过程中的动态行为 ④ 延迟裂纹开裂机理 充氢钢拉伸延迟断裂实验结果： 裂纹的延迟出现与温度密切相关，钢中延迟破坏只是在一定的温度区间发生（-100～100℃），温度过高氢易逸出， 温度太低则氢扩散 受到抑制。 氢在不同钢种的扩散速度不同 氢在低碳钢中扩散速度很快，焊接时大部分氢可逸出金属；高合金钢种氢的扩散速度很小，溶解度大，不会在局部聚集；只有在高中碳钢、低合金钢氢的扩散速度既来不及逸出，也不能完全抑制，易在内部聚集，具有延迟裂纹倾向。 氢的应力扩散理论：金属内部的缺陷（包括微孔、夹杂、晶格缺陷）提供潜在的裂源，在应力作用下，微观缺陷的前沿形成三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度时，一方面产生较大的应力，另一方面阻碍位错移动而脆化，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展形成裂纹。 电解渗氢的钢丝加载试验和W.F.Savage等人观察形成裂纹时气泡的逸出情况说明应力扩散理论的合理性。 用应力扩散理论可解释试验现象。 焊接接头应力状态 焊接条件下主要由以下几种应力： 不均匀加热冷却过程产生的热应力 金属相变产生的组织应力 结构自身拘束条件所造成的应力 上述三种应力都与各种条件拘束有关，三种应力的综合作用统称为拘束应力。可分为“内拘束应力”（热应力和相变应力）和“外拘束应力”（结构刚度、焊接顺序、受载情况等造成的应力）。 焊接拘束应力的大小决定于拘束度R 拘束度R：单位焊缝长度，在根部间隙生产单位长度的弹性位移所需要的力。 可见，改变拘束距离L和板厚δ，可以调节拘束度R的大小。L↓、δ↑，R↑，当R 达到一定程度时，就产生裂纹，即 Rcr；Rcr越大，表示接头的抗裂性越强。 实际上拘束度反映了不同焊接条件下，焊接接头所承受拘束应力的程度。 预测某结构各部位的焊接拘束应力比较困难，采用拘束度作为预测拘束应力的桥梁比较方便。 同样钢种和同样板厚，由于接头的坡口型式不同，即使拘束度相同，也会产生不同的拘束应力。 当拘束应力达到临界值σcr时，产生裂纹。临界值σc