焊接裂紋及形成條件及形成機理1第1頁，課件共120頁，創作于2023年2月第一節 概述第二節 焊接熱裂紋第三節 焊接冷裂紋第四節 再熱裂紋第五節 層狀撕裂第六節 應力腐蝕裂紋第七節 焊接裂紋綜合分析和判斷第五章焊接裂紋2第2頁，課件共120頁，創作于2023年2月重點內容1、裂紋的分類用一般特征2、結晶裂紋的形成機理2、焊接冷裂紋的形成機理，特征、影響因素，及其防冶措施2、焊接裂紋綜合分析及判斷3、各種裂紋斷口形貌特征3第3頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-1 概述

一、危害性

焊接結構產生裂紋輕者需要返修，浪費人力、物力、時間，重者造成焊接結構報廢，無法修補。更嚴重者造成事故、人身傷亡。如1969年有一艘5萬噸的礦石運輸船在太平洋上航行時，斷裂成兩段而沉沒，在壓力容器破壞事故中，有很多都是由于焊接裂紋造成。因此，解決研究焊接裂紋已成為當前主要課題。4第4頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、種類各種不同類型的裂紋①焊縫中縱向裂紋②焊縫上橫向裂紋③熱影響區縱向裂紋④熱影響區橫向裂紋⑤火口（弧坑）裂紋⑥焊道下裂紋⑦焊縫內部晶間裂紋⑧焊趾裂紋⑨熱影響區焊縫貫穿裂紋⑩焊縫根部裂紋5第5頁，課件共120頁，創作于2023年2月

分類:

1、按裂紋分布的走向分

縱向裂紋2、

按裂紋發生部位分

①橫向裂紋②縱向裂紋③星形（弧形裂紋）①焊縫金屬中裂紋②熱影響區中裂紋③焊縫熱影響區貫穿裂紋6第6頁，課件共120頁，創作于2023年2月3、按產生本質分類1）、熱裂紋（高溫裂紋）產生：熱裂紋(高溫裂紋)高溫下產生存在部位：焊縫為主,熱影響區特征：宏觀看,沿焊縫的軸向成縱向分布（連續或繼續）也可看到縫橫向裂紋，裂口均有較明顯的氧化色彩，表面無光澤，微觀看，沿晶粒邊界（包括亞晶界）分布，屬于沿晶斷裂性質7第7頁，課件共120頁，創作于2023年2月1)、熱裂紋分類

結晶裂紋：在凝固的過程--結晶過程中產生高溫液化裂紋：在高溫下產生,鋼材或多層焊的層間金屬含有低熔點化合物經重新溶化，在收縮應力作用下,沿奧氏體晶間發生開裂多邊化裂紋：產生溫度低于固相線溫度,存在晶格缺陷(位錯和空位),物理化學的不均勻性,在應力作用下,缺陷聚集形成多邊化邊界,使強度塑性下降,沿多邊化邊界開裂,多發生純金屬或單相奧氏體合金焊縫。8第8頁，課件共120頁，創作于2023年2月HAZ液化裂紋晶間裂紋多邊化裂紋9第9頁，課件共120頁，創作于2023年2月2）、再熱裂紋（消除應力處理裂紋）

由于重新加熱（熱處理）過程中產生稱再熱裂紋—消除應力處理裂紋。3）、冷裂紋產生溫度：溫度區間在+100℃～-75℃之間存在部位:多在熱影響區,但也有發生在焊縫。特征（斷口）：宏觀斷口具有發亮的金屬光澤的脆性斷裂特征。微觀看：晶間斷裂，但也可穿晶（晶內）斷裂，也可晶間和穿晶混合斷裂。10第10頁，課件共120頁，創作于2023年2月冷裂紋分類：延遲裂紋：特點不在焊后立即出現，有一段孕育期產生遲滯現象稱延遲裂紋。淬硬脆化裂紋（淬火裂紋）：淬硬傾向大的組織易產生這種裂紋（與氫含量關系不大）。低塑性脆化裂紋：在比較低的溫度下，由于收縮應變超過了材料本身的塑性儲備產生的裂紋稱低塑性脆化裂紋。11第11頁，課件共120頁，創作于2023年2月延遲裂紋12第12頁，課件共120頁，創作于2023年2月4）、層狀撕裂：

由于軋制母材內部存在有分層的夾雜物(特別是硫化物夾雜物）和焊接時產生的垂直軋制方向的應力，使熱影響區附近地方產生呈“臺階”狀的層狀斷裂并有穿晶發展。

13第13頁，課件共120頁，創作于2023年2月5）、應力腐蝕裂紋：

金屬材料在某些特定介質和拉應力共同作用下所產生的延遲破裂現象，稱應力腐蝕裂紋。14第14頁，課件共120頁，創作于2023年2月三、熱裂紋與冷裂紋的基本特點

裂紋

熱裂紋

冷裂紋

產生溫度高溫下產生低溫下產生宏觀特征沿焊縫的軸向成縱向分布,也有橫向分布，裂口均有氧化色彩表面無光澤

斷口具有發亮的金屬光澤微觀特征沿晶粒邊界分布，屬于沿晶斷裂性質晶間斷裂，也有穿晶內斷裂，也有晶間和穿晶混合斷裂產生部位焊縫、熱影響區熱影響區、焊縫本節結束15第15頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-2焊接熱裂紋

一、結晶裂紋1、

產生機理

1）產生部位：結晶裂紋大部分都沿焊縫樹枝狀結晶的交界處發生和發展的，常見沿焊縫中心長度方向開裂即縱向裂紋，有時焊縫內部兩個樹枝狀晶體之間。對于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、鋁合金、結晶裂紋主要發生在焊縫上某些高強鋼，含雜質較多的鋼種，除發生在焊縫之處，還出現在近縫區上。16第16頁，課件共120頁，創作于2023年2月結晶裂紋17第17頁，課件共120頁，創作于2023年2月2）、熔池各階段產生結晶裂紋的傾向在焊縫金屬凝固結晶的后期，低熔點共晶物被排擠在晶界，形成一種所謂的“液態薄膜”，在焊接拉應力作用下，就可能在這薄弱地帶開裂，產生結晶裂紋。產生結晶裂紋原因：①液態薄膜 ②拉伸應力液態薄膜—根本原因拉伸應力—必要條件18第18頁，課件共120頁，創作于2023年2月②固液階段：這一區也稱為“脆性溫度區”即圖上a、b之間的溫度范圍③固相階段：也叫完全凝固階段以低碳鋼焊接為例可把熔池的結晶分為以下三個階段①液固階段：（1區）Tb—稱為脆性溫度區，在比區間易產生結晶裂紋，雜質較少的金屬,Tb小產生裂紋的可能性也小，雜質多的金屬Tb大，產生裂紋的傾向也大19第19頁，課件共120頁，創作于2023年2月3）產生結晶裂紋的條件

如圖縱座標表示溫度，橫坐標表示由拉伸應力所產生的變形（e）和金屬的塑性（P），脆性溫度區的范圍用Tb表示上限是固液溫度開始下限固相線附近，或低于固相線一段溫度。在脆性溫度區內焊縫的塑性用P表示,是溫度的函數，,當在某一瞬時溫度時有一個最小的塑性值（Pmin)（出現液態薄膜時）受拉伸應力所產生的變形用e表示，也是溫度的函數.20第20頁，課件共120頁，創作于2023年2月③按曲線（3）變化時，△e超過了焊縫塑性的最低值，產生裂紋

①如果拉伸應力所產生的變形隨溫度T按曲線（1）變化，e隨T按曲線（1）變化。產生了△e變形量，但焊縫仍有△es的塑性儲備量即△es>0，不產生熱裂紋

②當按曲線2變化時,此時由拉伸應力所產生的應變,恰好等于焊縫的最低塑性值,即處于臨界狀態.21第21頁，課件共120頁，創作于2023年2月

在脆性溫度區焊縫所承受的拉伸應力所產生的變形大于焊縫金屬所具有的塑性時產生裂紋即,高溫階段晶間塑性變形能力不足以承受當時所發生塑性應變量。產生裂紋的條件

22第22頁，課件共120頁，創作于2023年2月②脆性溫度區（TB）內金屬的塑性，TB內金屬的塑性越小，越易產生結晶裂紋。結論：

①脆性溫度區間大小,TB大，拉應力作用時間長，產生裂紋可能性大，決定于焊縫化學成分，雜質性質與分布，晶粒大小。③TB內隨溫度降低變形的增長率（拉伸應力的增長率）,臨應變率CST越大,則表示材料的熱裂紋敏感性越小,越不易產生裂紋。23第23頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、焊接結晶裂紋的影響因素

1）、冶金因素

①結晶溫度區間：合金狀態圖脆性溫度區的大小隨著該合金的整個結晶溫度區間的增加而增加如圖S點、結晶區間最大、裂紋傾向最大、共晶點、裂紋傾向最小。實踐平衡條件下，虛線不平衡結晶。24第24頁，課件共120頁，創作于2023年2月②合金元素

a)、S、P增加結晶裂紋傾向

i)S、P增加結晶溫度區間,脆性溫度區間TB↑裂紋↑ii)S、P產生低溫共晶,使結晶過程中極易形成液態薄膜,因而顯著增大裂紋傾向iii)P、S引起成分偏析.實驗可知P、S偏析系數K越大,偏析的程度越嚴重.偏析可能在鋼的局部地方形成低熔點共晶產生裂紋。25第25頁，課件共120頁，創作于2023年2月b)、C

i)、C<0.1%C↑結晶溫度區間↑,裂紋↑

ii)、C>0.16%Mn/S↑無效,加劇P有害作用裂↑

iii)、C>0.51%初生相

初生相S、P在小相中溶解度低，析出S、P集富在晶界上，裂紋↑Mn具有脫S作用其中Mn熔點高，早期結晶星球狀分布，抗裂↑

含碳量C<0.016%S↑裂↑但加入Mn↑裂↓含碳量C>0.016%P對形成結晶裂紋的作用超過了S，Mn↑無意義

c)、Mn注意：26第26頁，課件共120頁，創作于2023年2月d)、Si

硅是相形成元素，利于消除結晶裂紋,相中S、P溶解度大緣故，Si>0.4%易形成低熔點的硅酸鹽夾雜使裂↑對硫的親合力大，形成高熔點的硫化物，消除結晶裂紋有良好的作用。e)、鈦Ti鋯（4）和稀土元素27第27頁，課件共120頁，創作于2023年2月f)、O

O↑降低S的有害作用，氧、硫、鐵能形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜變成球狀，裂↓日本JWS臨界應變增長率CSTCST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4當 時，可以防止裂紋熱裂敏感系數HCS公式當HCS<4時，可以防止裂紋28第28頁，課件共120頁，創作于2023年2月③凝固時界面張力雜質的低熔點共晶所造成的液態薄膜是產生結晶裂紋的重要因素，若將晶界的液態薄膜改變為球狀的形態，抗裂性↑29第29頁，課件共120頁，創作于2023年2月—固體晶粒與殘液之間的表面張力—固體晶粒之間的表面張力—固相與液相的接觸角當越小越小=0.5=0殘液在固體晶粒以薄膜存在裂↑=180°殘液以球狀形態分布裂↓

/固相晶粒之間和固液之間表面張力的平衡關系為30第30頁，課件共120頁，創作于2023年2月④一次結晶組織形態及組織對結晶裂紋的影響晶粒大小：晶粒粗大裂紋的傾向↑初生相：相裂↑裂↓線膨脹系數小于，相變應力↓裂↓31第31頁，課件共120頁，創作于2023年2月2)、力的因素

在焊接時脆性溫度區內金屬的強度要小在脆性溫度區內金屬所承受的拉伸應力。產生結晶裂紋的充分條件。—在脆性溫度區內金屬的強度—在脆性溫度內金屬所承受的拉伸應力金屬的強度決定于—晶內強度—晶間強度32第32頁，課件共120頁，創作于2023年2月T↑↓T>時，>發生斷裂晶間斷裂T→=—稱金屬的等強溫度若焊縫所受拉伸應力為隨溫度變化始終不超過，則不會產生結晶裂紋<若焊縫的拉伸應力為，>產生結晶裂紋↓產生結晶裂紋的條件是冶金因素和力共同作用，二者缺一不可33第33頁，課件共120頁，創作于2023年2月三、防止結晶裂紋的措施

1）、冶金方面

①控制焊縫中有害雜質的含量，限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04焊絲C<0.12%(低碳鋼)焊接高合金鋼，焊絲超低碳焊絲②改善焊縫的一次結晶細化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al34第34頁，課件共120頁，創作于2023年2月2)、工藝方面（減少拉應力）

(ⅰ)應變率,E↑、↑應變率↓（ⅱ）接頭預熱型式適當增加線能量（q/v）接頭型式合理（ⅲ）妥善安排焊接次序焊次序

35第35頁，課件共120頁，創作于2023年2月四、近縫區液化裂紋

1、

產生部位及材料通常產生在母材的熱影響區的粗晶區，也可產生在多層焊縫的焊層之間液化裂紋屬于晶間開裂性質，裂紋斷口呈典型的晶間開裂特征。2、產生原因

1）、近縫區晶界處存在低熔點雜質2）、近縫區存在晶間液膜(低熔點共晶體)36第36頁，課件共120頁，創作于2023年2月液化裂紋37第37頁，課件共120頁，創作于2023年2月3、影響因素

1）、化學成分2）、工藝因素4、防止措施

1）、控制S、P等雜質含量如采用電渣精煉的方法，去除合金中的雜質。2）、焊接工藝上，采用小線能量，避免近縫區晶粒粗化38第38頁，課件共120頁，創作于2023年2月五、多邊化裂紋

1、形成條件（形成機理）

多邊化現象，焊縫金屬中存在很多高密度的位錯在高溫和應力的共同作用下，位錯極易運動，在不同平面上運動的刃型位錯遇到障礙時可能發生攀移，由原來的水平組合變成后來的垂直組合，即形成“位錯壁”就是多邊化現象。

39第39頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、特點

1）、發生部位與材料發生在焊縫中，常見于單相奧氏鋼或純金屬的焊縫金屬裂紋走向：以任意方向貫穿樹枝狀結晶2）、常常伴隨有再結晶晶粒出現在裂紋附近，多邊化裂紋總是遲于再結晶3）、裂紋多發生在重復受熱金屬中（多層焊）4）、斷口呈現出高溫低塑性斷裂40第40頁，課件共120頁，創作于2023年2月3、影響因素

形成多邊化過程所需時間：t－完成多邊化過程所需時間 －常數u－多邊化過程的激活能，決定于合金成分和應力狀態R－氣體常數（8.4J/mol﹒k）T－溫度（K）從公式中可以看出，完成多邊化過程所需時間與H、T有關41第41頁，課件共120頁，創作于2023年2月1）合金成分的影響

在焊縫中加入一些提高多邊化過程激活能的元素，可有效阻止多邊化過程2）應力狀態的影響

有應力存在，使多邊化過程加速3）溫度的影響

在形成多邊化過程的溫度越高時間越短本節結束42第42頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-3焊接冷裂紋

1.產生溫度:Ms點附近或200～300℃以下溫度區間

2.產生的鋼種和部位:發生在高碳鋼、中碳鋼、低合金、中合金高強鋼，熱影響區合金元素多的超高強鋼、Ti合金發生在焊縫

3.裂紋的走向：沿晶、穿晶

4.產生時間:可焊后立即出現，也有的幾小時，幾天或更長時間一、冷裂紋的一般特征

43第43頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、冷裂紋種類延遲裂紋是冷裂紋中一種最普遍的形態，它不是焊后出現，因此危害性更大延遲裂紋三種形態：1）、焊趾裂紋—縫邊裂紋2）、焊道下裂紋3）、根部裂紋44第44頁，課件共120頁，創作于2023年2月三、延遲裂紋的機理

高強鋼焊接時產生延遲裂紋的原因主要是：鋼種的淬硬傾向；焊接接頭的含氫量及其分布，焊接接頭的拘束應力。延遲裂紋的開裂過程存在這兩個不同的過程，即裂紋的起源和裂紋的擴展，擴展到一定情況下，發生斷裂，我們只從宏觀的角度闡述一下產生延遲裂紋的三要素。45第45頁，課件共120頁，創作于2023年2月F+PAMA裂46第46頁，課件共120頁，創作于2023年2月47第47頁，課件共120頁，創作于2023年2月1、鋼種的淬硬傾向

焊接接頭的淬硬傾向主要決定于鋼種的化學成分，其次是焊接工藝，結構板厚及冷卻條件。鋼種淬硬傾向越大，越容易產生裂紋，其原因為：1）、形成脆硬的馬氏體2）、淬硬產生晶格的缺陷

48第48頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、氫的作用

氫是引起高強鋼焊接時產生延遲裂紋的重要因素之一,氫具有延遲作用,由氫引起的延遲裂紋稱為氫致裂紋也稱氫誘發裂紋.氫致裂紋HydrogoundacpdCrack1）、氫在焊縫金屬中的溶解與擴散2）、金屬組織對氫的擴散影響3）、熱影響區氫致裂紋產生氫在致裂過程中動態行為4）、氫致裂紋開裂機理49第49頁，課件共120頁，創作于2023年2月殘余擴散氫HR100H0------凝固時焊縫的初始含氫量（ml/100g)hw-----焊縫的平均厚度（mm）M-----氫的熱擴散因子（mm2）日本天津大學50第50頁，課件共120頁，創作于2023年2月氫致裂紋目前有幾種說法

①氫的應力擴散理論②空穴氫壓脆化說

③氫吸附脆化說51第51頁，課件共120頁，創作于2023年2月裂縫頂端三向應力區HHHHHHH擴散氫裂紋擴展H2HHHHHHH新的三向應力區氫致裂紋擴展過程52第52頁，課件共120頁，創作于2023年2月53第53頁，課件共120頁，創作于2023年2月3、焊接接頭的拘束應力

1）、焊接接頭的拘束應力

a、熱應力與母材焊條金屬的熱物理性質及剛度有關b、組織應力—相變、組織比容不同而產生c、附加應力—結構自身拘束條件所造成的應力包括結構的形式、焊縫位置、施焊的順序54第54頁，課件共120頁，創作于2023年2月定義：相當于為使焊接接頭根部間隙彈性位移單位長度時，單位長度焊縫所受的力的大小。即定義為拘束度。符號：R2）、拘束度：表示母材對反作用力的剛度55第55頁，課件共120頁，創作于2023年2月公式：

E—母材金屬的彈性模量 —板厚 l—焊縫長度 L—拘束距離

m為拘束應力轉換系數56第56頁，課件共120頁，創作于2023年2月3）、產生裂紋的臨界拘束應力臨界拘束應力：開始產生裂紋時的拘束應力日本IL委員會插銷式裂紋試驗所確定的 =(86.3-211Pcm-28.21log[[H]+1]+2.73+800- 500+9.7× )×9.8 —稱為合金元素的裂紋敏感系數（%）[H]—擴散氫含量100mol/gt800～500—在接條件下，熔合區附近1350℃冷卻到800～500℃的冷卻時（S）t100—從熔合區附近1350℃～100℃實際冷卻時間57第57頁，課件共120頁，創作于2023年2月 —合金元素的裂紋敏感指數（反映了淬硬傾向）四、影響因素及防止措施

1)、鋼種化學成分的影響1、影響因素

冷裂紋判據應用于 、—裂紋敏感指數上述公式是經驗式,有一定的使用范圍適用范圍可參考

58第58頁，課件共120頁，創作于2023年2月對接接頭 <50mm拘束度與板厚的關系R≦K1R=K1長焊縫K1=400定位短焊縫K1=700K1板厚拘束系數點固焊的短焊縫和斜Y型坡口裂紋試驗K1=70R≦70低合金高強鋼冷裂紋敏感性判據條件當>500℃R=71K1[arctg(0.017)－(/400)2 不產生裂紋,R>產生裂紋 —不產生裂紋的臨界拘束度（通過實驗方法測）R可通過計算或實測求得只適用單向拉伸2）、拘束應力的影響59第59頁，課件共120頁，創作于2023年2月對于三維彈塑性有限元計算--拉板厚度（mm）Sinh---雙曲線正弦函數hw----試驗焊縫厚度（mm）B----試板寬度，即拘束距離（mm）60第60頁，課件共120頁，創作于2023年2月3)、氫的有害影響4)、工藝影響

①線能量②預熱溫度③焊后后熱④多層焊61第61頁，課件共120頁，創作于2023年2月綜合上述各影響因素，提出了預測高強鋼焊接接頭延遲裂紋傾向的判據公式。產生裂紋

—在一定焊接條件下，第一層焊縫焊后冷卻到100℃剛剛不出現裂紋的時間—臨界冷卻時間.

—實際焊接條件下，熔合區附近1350～100℃的冷卻時間A.n—實驗常數

—裂紋敏感系數若 越高，則越大，越易產生裂紋62第62頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、防止措施

1）、冶金措施①（低碳微量多合金）②[H]↓選用低氫焊接材料，低氫焊接方法如CO2焊③控制氫的來源，烘干焊條消理焊件焊絲④加入某些合金元素，提高塑性⑤采用奧氏體組織的焊條焊接某些淬硬傾向較大的低合金高強鋼，避免冷裂紋63第63頁，課件共120頁，創作于2023年2月2）、工藝措施①選擇合適的焊接線能量q↑、V冷↓、t100↑減少裂但有晶粒粗大現象②預熱冷卻速度↓[H]外逸③后熱[H]↓消氫處理350℃保溫1—2小時，使氫外逸對于需要較高預熱溫度的中碳鋼，高碳鋼及中碳調質高強鋼，如果由于形狀復雜或需要在結構內部施焊等因素要避免高溫預熱時，采用后熱并配合低溫的預熱特別見效。64第64頁，課件共120頁，創作于2023年2月3）、拘束應力①防止焊縫分布密集，消除應力集中部位如缺口，坡口形狀對稱

②適當的預熱、后熱、緩冷本節結束65第65頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-4再熱裂紋

定義：焊后再加熱,消除應力退火,高溫工作時500—600℃過程中產生裂紋稱再熱裂紋。一、再熱裂紋的特征

1、熱裂紋產生部位：近縫區的粗晶區，止裂于細晶區，沿晶間開裂，裂紋大部分晶間斷裂，沿熔合線方向在奧氏體粗晶粒邊界發展66第66頁，課件共120頁，創作于2023年2月再熱裂紋67第67頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、敏感的溫度范圍:一般在500～700℃低于500或高于700℃,再加熱不易出現再熱裂紋

3、有大量的內應力存在，及應集中:在大拘束度的厚件或應力集中部位易產生再熱裂紋

4、易產生在具有沉淀強化作用的鋼材中:晶界滑動→微裂→擴展→裂紋

68第68頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、產生機理

1、一般條件e>ec產生裂紋e—產生裂紋的晶界微觀局部的實際塑性變形量ec：產生裂紋的晶界微觀局部的最大塑性形變能力e實際塑性應變：接頭的殘余應力經再加熱產生應力松馳而引起，與接頭的拘束度殘余應力，應力集中有關。

69第69頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、再熱裂紋產生機理

1）、晶界雜質析集弱化說①晶界析集P、S、②硼化物沿晶析集如果產生再熱裂紋的塑性變形量為ec，可以下式表示:70第70頁，課件共120頁，創作于2023年2月2）、二次沉淀理論晶內沉淀強化

①具有沉淀強化的元素②焊接高溫時過a熱區合金元素全部溶入A中，A長大.③焊后冷卻速度快，合金元素以過飽和形式溶入在F中，滲碳體，一般出現在位錯、空位、缺陷等處。④焊后再加熱時（500--700℃）71第71頁，課件共120頁，創作于2023年2月3）、高溫蠕變理論

蠕變定義：金屬在長時間的恒溫、恒應力作用下，即使應力小于屈服強度，也會緩慢地產生塑性變形的現象稱為蠕變。特征：①材料內的應力小于材料的屈服應力②與溫度有關T蠕變速度③溫度升高持久強度下降④高溫下，晶界強度低于晶內強度72第72頁，課件共120頁，創作于2023年2月1.楔形開裂應力臨界應力：2.空位聚集而產生的“空位開裂”最小能量73第73頁，課件共120頁，創作于2023年2月低合金鋼產生再熱裂紋臨界應力關系式產生再熱裂紋臨界應力(N/mm2)如結構實際拘束應力為 時，則74第74頁，課件共120頁，創作于2023年2月75第75頁，課件共120頁，創作于2023年2月三、影響因素

1.化學成分對再熱裂紋的影響2．晶粒度對再熱裂紋的影響3．焊接接頭不同部位和不同組織對再熱裂紋的影響(一)、冶金因素

76第76頁，課件共120頁，創作于2023年2月(二)工藝措施

1、

預熱及后熱

預熱裂200～450℃，后熱可降低預熱溫度

2、線能量的作用

E適當增加，減少過熱區硬度，裂紋減小3、低強焊縫應用

減少近縫區塑變的集中程度，有利于降低再熱裂紋產生傾向4、降低殘余應力和避免應力集中本節結束77第77頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-5層狀撕裂

1、產生的部位和形狀宏觀形狀：在外觀上具有階梯狀的形式，由基本上平行于軋制方向表面的平臺與大體上垂直于平臺的剪切壁所組成。

微觀形狀：掃描電鏡觀察低倍下：斷口表面呈典型的木紋狀，是層層平臺在不同高度分布的結果部位：母材或熱影響區一、特征及危害性

78第78頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、產生在厚板結構中

十字接頭,丁字接頭,角接頭，平臺局部地區有硅酸鹽或氧化物夾雜物

79第79頁，課件共120頁，創作于2023年2月

種類

依產生部位分:

第一類是在焊接熱影響區焊趾或焊根 冷裂紋誘發而形成層狀措裂；

第二類熱影響區沿夾雜開裂；

第三類遠離熱影響區母材中沿夾雜開裂 MnS片狀夾雜較多。

80第80頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、形成機理及影響因素

(一)、層狀撕裂的形成過程1、厚板結構中焊接時剛性拘束條件下，產生較大的Z向應力和應變，當應變達到超過材料的形變能力之后，夾雜物與金屬基體之間弱結合面發生脫離，形成顯微裂紋，裂紋尖端的缺口效應造成應力、應變的集中，迫使裂紋沿自身所處的平面擴展，把同一平面而相鄰的一群夾雜物連成一平，形成所謂的“平面”。81第81頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、與此同時相鄰近的兩個平臺之間的裂紋尖端處，在應力應變影響下在剪切應力作用下發生剪切斷裂，形成“剪切壁“，這些平臺和剪切壁在一起，構成層狀撕裂所持有的階梯形狀。82第82頁，課件共120頁，創作于2023年2月(二)、影響因素

1、非金屬夾雜物的種類2、焊接Z向應力3、母材性能①熱影響區產生淬硬組織、塑性下降;②加熱150～350℃出現應變時效，塑性、韌性下降4、氫的作用氫集聚發生在夾雜物和基體界面上的氫脆引起層狀撕裂83第83頁，課件共120頁，創作于2023年2月四、防止措施

(一)選擇母材1精煉鋼2、控制夾雜物冶煉降低雜質，脫S加Ti、Zr或稀土元 素，促使夾雜物破碎、球化(成本高)

(二)設計和工藝措施1、

改變接頭形式、降低焊接應力2、

應盡量避免單側焊縫等;3、

應盡量避免承載焊縫4、

預熱及后熱5、

加軟焊道84第84頁，課件共120頁，創作于2023年2月接頭形式在受力最小時即可防止層狀撕裂，通過開坡口來減輕鋼板Z向受承受的應力和應變。本節結束85第85頁，課件共120頁，創作于2023年2月§5-6應力腐蝕撕裂(SCC)

應力腐蝕裂紋：金屬材料在某些特定介質和拉應力共同作用下所產生的延遲破裂現象稱應力腐蝕裂紋。

應力腐蝕裂紋已成為工業中特點是石油工業中最突出的問題，日本1965～1975十年間化工設備破壞事故統計有50%屬于應力腐蝕開裂，應力腐蝕裂紋造成危害極大。86第86頁，課件共120頁，創作于2023年2月一、應力腐蝕裂紋特征

1、形貌：外觀：無明顯的均勻腐蝕痕跡，呈龜裂形式斷斷續續。從橫斷面來看：猶如枯干的樹木的根須，由表面向縱深方向往里發展，裂口深寬比大，細長而帶有分支是其典型的特點。從斷口來看：仍保持金屬光澤為典型脆性斷口87第87頁，課件共120頁，創作于2023年2月應力腐蝕裂紋88第88頁，課件共120頁，創作于2023年2月2、材質與介質的匹配

純金屬不產生應力腐蝕裂紋，凡是合金即使含有微量元素的合金，在特定的腐蝕環境中都有一定的應力腐蝕開裂傾向。但并不是說，任何合金在任何介質中都產生應力腐蝕開裂，一定的材料只在某一定的腐蝕環境中才產生應力腐蝕裂紋。應力腐蝕開裂溫度:易產生在100～300℃之間89第89頁，課件共120頁，創作于2023年2月3、應力腐蝕開裂的臨界應力

拉應力的存在是產生應力腐蝕開裂的先決條件之一，造成應力腐蝕開裂的應力主要是殘余應力。臨界應力

—引起應力腐蝕裂紋開裂的臨界應力，與腐蝕介質，金屬材料的強度級別有關。

90第90頁，課件共120頁，創作于2023年2月二、應力腐蝕裂紋的形成條件

形成機理

（一）、電化學應力裂機理從電化學考慮，把應力腐蝕裂紋分為兩大類一類為應力陽極溶解開裂簡記APC另一類應力陰極氫脆開裂簡記HEC形成三要素：1）材質2)腐蝕介質3)臨界拉應力91第91頁，課件共120頁，創作于2023年2月HEC和APC應力腐蝕過程92第92頁，課件共120頁，創作于2023年2月（二）、機械破裂應力腐蝕開裂機理

1）、孕育期應力作用下將產生不同程度的塑性變形，這種塑性變形將會產生“滑移臺階”，形成局部性的最初腐蝕裂口，造成拉應力集中，局部產生滑移階梯、導致保護膜破壞。93第93頁，課件共120頁，創作于2023年2月94第94頁，課件共120頁，創作于2023年2月95第95頁，課件共120頁，創作于2023年2月2）、發展階段

腐蝕裂口在拉應力與介質的共同作用下（物理作用及化學作用）沿著垂直拉應方向縱深發展，呈枯干樹枝或根須，且逐步出現分支，若應力因素占優勢，將是某一裂口優先發展，腐蝕因素占優勢則可能同時幾條裂口平行地發展3）、潰裂階段發展的最快的裂紋的最終崩潰性的發展，是拉應力局部越來越大的累積結果，最終破壞是力的因素起主要作用。

96第96頁，課件共120頁，創作于2023年2月裂紋擴展的幾種說法

陽極相的沉淀腐蝕介質的吸附陰極氫化反應機械化學效應隧洞腐蝕

97第97頁，課件共120頁，創作于2023年2月三、應力腐蝕的預防措施

（一）、結構設計1、合理選材母材選材必須有足夠的實驗數據，不能只看材料牌號，不能單純考慮強度級別，因同一強度等級，合金系統不同，抗應力腐蝕開裂的傾向很大。2、避免高應力區98第98頁，課件共120頁，創作于2023年2月

（二）、施工制造

1、

合理選擇焊材了解產品結構的的工作條件，熟悉介質的腐蝕特性，及合金元素的特性，則確定焊縫成分從而確定焊接材料。因此必須根據具體腐蝕介質，調整焊縫的合金系統，以便提高耐應力腐蝕開裂的能力。

99第99頁，課件共120頁，創作于2023年2月1、

合理制定裝焊工藝

1）、成形及裝配工藝

引起應力腐蝕裂紋的重要原因之一就是殘余應力，從部件成形加工列組裝都可引起殘余應，特別是強制組裝，例如用千斤組裝大錯口，可以形成很大的殘余應力，在組裝質量不良的條件下（錯口）焊接時，會造成較大的殘余應力。組裝時所造成傷痕如隨意打弧的灼痕等都會成應力腐蝕裂源。

100第100頁，課件共120頁，創作于2023年2月2)、焊接工藝

基本點，不產生硬化組織，不發生晶粒嚴重粗化現象,接頭硬度↑粗晶區的應力腐蝕裂紋的擴展敏感性最大，主要是由于晶粒粗大，以致裂紋尖端集中的位錯數量增大，并可形成大的滑移階梯，從而利于應力腐蝕裂紋的形成和擴展。101第101頁，課件共120頁，創作于2023年2月消除應力處理焊后消除應力處理是防止產生應力腐蝕裂紋的重要環節。例氫化脫硫裝置的硫化物應力腐蝕開裂試驗，鋼種彎曲成形加工后的熱處理溫度溫度350℃400℃450℃500℃550℃650℃850℃1Cr18Ni8xxxxxooo1Cr18Ni9TiXxoooooo其中x裂紋，o無裂紋102第102頁，課件共120頁，創作于2023年2月1.整體消除應力處理消除應力的程度可用下式估算P=T（lgt+20)*10-3P—消除應力效果參數T—熱力學溫度t

—保溫時間2.局部消除應力處理R----管子半徑---板厚加熱寬度103第103頁，課件共120頁，創作于2023年2月（三）、生產管理

1、

防蝕