第六章焊接裂纹

1、123船舶中部主甲板横向断裂情况船舶中部主甲板横向断裂情况 图1 船舶完全断裂实例1图2 船舶完全断裂实例245按裂纹形态分类按裂纹形态分类(a)焊缝金属中的裂纹焊缝金属中的裂纹 (b)焊接热影响区的裂纹焊接热影响区的裂纹67产生部位在热影响区的过热区中，产生部位在热影响区的过热区中，属于典型的晶间断裂性质。属于典型的晶间断裂性质。产生于再热的升温过程中，敏感温产生于再热的升温过程中，敏感温度一般在度一般在500700之间。之间。891011121314结晶裂纹15液化裂纹近缝区液化裂纹近缝区液化裂纹1-未混合区未混合区 2-部分熔化区部分熔化区 3-粗晶区粗晶区HAZ液化裂纹16 BAC裂纹

2、ABAB微裂纹微裂纹多边化裂纹17液固状态液固状态固液状态固液状态偏析偏析低熔点共晶低熔点共晶液态薄膜液态薄膜脆性温脆性温度区间度区间凝固收缩凝固收缩应力与应变应力与应变拘束拘束凝固凝固裂纹裂纹18结结晶晶裂裂纹纹1920金属凝固过程中的脆性温度区金属凝固过程中的脆性温度区TL液相线液相线 TS固相线固相线 TB脆性温度区脆性温度区THTB上限上限 TSTB下限下限塑塑性性TBTS TLTHTSab温度温度T固相固相固液固液液固液固液相液相焊缝凝固过程中经历的阶段焊缝凝固过程中经历的阶段21产生凝固裂纹的条件产生凝固裂纹的条件应变应变 塑性塑性 TL液相线液相线 TS固相线固相线TB脆性温度区

3、脆性温度区 THTB上限上限 TSTB下限下限TB,T/TLTHTSTSmin123 f (T)(T)22裂纹倾向裂纹倾向/%温度温度/凝固温度区与裂纹倾向的关系凝固温度区与裂纹倾向的关系 实线实线平衡状态平衡状态 虚线虚线非平衡状态非平衡状态23二元合金相图与凝固裂纹倾向的关系二元合金相图与凝固裂纹倾向的关系a）完全互溶）完全互溶 b）有限固溶）有限固溶 c）机械混合物）机械混合物 d）完全不固溶）完全不固溶虚线凝固裂纹倾向的变化虚线凝固裂纹倾向的变化a）b）c）d）24钢中各元素的偏析系数钢中各元素的偏析系数K252627球状球状 裂纹倾向增加裂纹倾向增加 薄模状薄模状283103)100

4、/25/(VMoCrMnNiSiPSCHCS29相在奥氏体基底上的分布相在奥氏体基底上的分布a）单相奥氏体）单相奥氏体 b）奥氏体奥氏体奥氏体奥氏体铁素体铁素体液态薄液态薄膜膜a)b)30G 晶内强度；晶内强度；0 晶间强度晶间强度m金属强度，取决前二者金属强度，取决前二者T0 等强温度，即等强温度，即G =0时的温度时的温度1、2 拉伸应力拉伸应力3132应变速率：应变速率：焊接速度快焊接速度快 焊缝成形系数焊缝成形系数对热裂倾向的影响对热裂倾向的影响 333435363738394041延迟裂纹424344最高硬度值越大，同样也说明最高硬度值越大，同样也说明焊接接头冷裂倾向越大，因此焊接接

5、头冷裂倾向越大，因此许多国家对低合金高强度钢的许多国家对低合金高强度钢的热影响区最高硬度作了规定：热影响区最高硬度作了规定：例如，根据稻填道木等的试验，例如，根据稻填道木等的试验，对于低氢焊条，为了不致于产对于低氢焊条，为了不致于产生根部裂纹，规定了几种低碳生根部裂纹，规定了几种低碳低合金高强度钢临界马氏体含低合金高强度钢临界马氏体含量分别为量分别为：硬度值可采用实验测试方法测定，也可用计算硬度值可采用实验测试方法测定，也可用计算方法求得，日本的铃木和百合用等人，提出如方法求得，日本的铃木和百合用等人，提出如下计算公式：下计算公式：马氏体组织马氏体组织HT6060HT7075HT8090454

6、6焊接热影响区焊接热影响区焊道下过热粗晶区焊道下过热粗晶区焊趾与焊根部位焊趾与焊根部位 132323焊接冷裂纹分布形态焊接冷裂纹分布形态1焊道下裂纹焊道下裂纹 2焊根裂纹焊根裂纹 3焊趾裂纹焊趾裂纹474849内拘束应力内拘束应力焊接时的不均匀加热焊接时的不均匀加热和冷却过程所产生的和冷却过程所产生的热应力热应力、金属、金属相相变应力变应力称为称为“内拘束应力内拘束应力”，外拘束应力外拘束应力把结构刚度和焊接顺把结构刚度和焊接顺序等所引起的应力称为序等所引起的应力称为“外拘束应外拘束应力力”。50LELLLlFlFRbbF1拘束度拘束度(Restraint Intensity)的概念：的概念：

7、拉伸拘束度拉伸拘束度RF和和弯曲拘束度弯曲拘束度RS5152）。度的冷却时间（由峰值温度冷至）；度的冷却时间（）测氢法）（扩散氢含量（式中ststgmlJISHBVMoNiCrCuMnSiCpttHPcmcmcr100500800;100/510156020308 . 9)107 . 973. 2) 1lg(2 .282113 .86(1005/810025/853关于氢致延迟开裂机理，目前有多种理论，如关于氢致延迟开裂机理，目前有多种理论，如空洞内气体压力学说空洞内气体压力学说、位位错陷阱捕氢学说错陷阱捕氢学说和和氢吸附理论氢吸附理论等。但是，能够较好解释氢和应力交互作等。但是，能够较好解释

8、氢和应力交互作用的延迟裂纹理论是用的延迟裂纹理论是氢的应力诱导扩散理论氢的应力诱导扩散理论。 氢致裂纹的扩展过程氢致裂纹的扩展过程54uc应力应力/MPaLC时间时间 t/h断裂曲线断裂曲线潜伏期潜伏期裂纹扩展裂纹扩展裂纹发生曲线裂纹发生曲线延迟断裂时间与应力的关系延迟断裂时间与应力的关系UC上临界应力上临界应力 LC下临界应力下临界应力55565Mo156Mn)(VCrNiCuCIIWCE)(%)2P13Cu(4Mo51524Si6Mn)AWS(CrNiCCeq美国焊接学会提出美国焊接学会提出的碳当量公式：的碳当量公式：q从公式可知，碳是对冷裂纹倾向影响最大的元素，所以近年来各国都从公式可知，碳是对冷裂纹倾向影响最大的元素，所以近年来各国都在致力于发展低碳、多元合金化的新钢种。如发展了一些无裂纹钢在致力于发展低碳、多元合金化的新钢种。如发展了一些无裂纹钢(CF钢钢