5.6 焊接裂纹-应力腐蚀裂纹
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以下为焊接裂纹产生原因及防治措施,一起来看看吧。
1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区,由于焊接的影响,材料的原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝,它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。
按产生时的温度和时间的不同,裂纹可分为:热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。
在焊接生产中,裂纹产生的部位有很多。
有的裂纹出现在焊缝表面,肉眼就能观察到;有的隐藏在焊缝内部,通过探伤检查才能发现;有的产生在焊缝上;有的则产生在热影响区内。
值得注意的是,裂纹有时在焊接过程中产生,有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现,后一种称为延迟裂纹,这种裂纹的危害性更为严重。
2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害大的缺陷,除了降低焊接接头的承载能力,还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中,促使裂缝扩展,最终会导致焊接结构的破坏,使产品报废,甚至会引起严重的事故。
通常,在焊接接头中,裂缝是一种不允许存在的缺陷。
一旦发现即应彻底清除,进行返修焊接。
3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同,下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论。
3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下(从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度)所产生的裂纹,又称高温裂缝或结晶裂缝。
热裂缝通常在焊缝内产生,有时也可能出现在热影响区。
原因:由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析,凝固以后强度也较低,当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。
此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,则在加热温度超过其熔点的热影响区,这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。
总之,热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
防治措施:防止产生热裂缝的措施,可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。
控制母材及焊材有害元素、杂质含量限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素及有害杂质的含量。
焊接裂纹产生的原因1. 引言焊接是将两个或多个金属材料通过熔化并冷却形成一体的加工方法。
然而,在焊接过程中,裂纹的产生可能会导致焊接接头的强度和密封性下降,从而影响产品的质量和安全性。
因此,了解焊接裂纹产生的原因对于提高焊接工艺和产品质量至关重要。
2. 焊接裂纹的分类焊接裂纹通常可以分为热裂纹、冷裂纹和应力腐蚀裂纹三类。
2.1 热裂纹热裂纹是在焊接过程中由于局部区域受到高温热循环引起的。
主要包括固相变热裂纹、液相变热裂纹和固液相变热裂纹。
2.2 冷裂纹冷裂纹是在焊缝凝固过程中由于温度梯度引起的。
主要包括基体冷裂纹、极低温冷裂纹和残余应力引起的冷裂纹。
2.3 应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹是在焊接接头表面受到应力和介质共同作用下产生的。
主要包括氢致应力腐蚀裂纹和应力腐蚀疲劳裂纹。
3. 焊接裂纹产生的原因3.1 热裂纹产生的原因热裂纹主要是由于焊接过程中局部区域的温度变化引起的。
以下是几个常见的原因:•不合适的焊接参数:如焊接电流、电压和速度等参数选择不当,会导致焊缝局部区域温度过高或过低,从而引起热裂纹。
•不合理的预热和后热处理:预热温度选择不当或后热处理不到位,会使焊缝局部区域冷却速度不均匀,从而容易产生热裂纹。
•材料组织性能差异:如果焊接材料之间存在明显的化学成分差异或晶粒尺寸差异,会导致局部区域在焊接过程中受到不均匀的热影响,进而引起热裂纹的产生。
3.2 冷裂纹产生的原因冷裂纹主要是由于焊接过程中局部区域的温度梯度引起的。
以下是几个常见的原因:•焊接速度过快:焊接速度过快会导致焊缝凝固不完全,局部区域温度梯度大,从而容易产生冷裂纹。
•焊接材料选择不当:某些材料在焊接过程中容易形成低温脆性组织,一旦遇到高应力或剧烈变形,就会发生冷裂纹。
•焊接残余应力:焊接过程中产生的残余应力可能会导致局部区域发生塑性变形,进而引起冷裂纹。
3.3 应力腐蚀裂纹产生的原因应力腐蚀裂纹主要是由于焊接接头表面受到应力和介质共同作用下产生的。
焊接裂纹的分类焊接裂纹是指在焊接过程中或焊接后,由于内部应力、冷却速度等因素的影响,导致焊接接头内部或表面产生的裂纹。
根据裂纹的产生原因和裂纹形态不同,可以将焊接裂纹分为不同的类型。
下面就几种常见的焊接裂纹进行分类和介绍。
1. 热裂纹热裂纹是由于焊缝热影响区的结构组织和化学成分发生变化而引起的。
热裂纹通常在焊接过程中或焊接后的短时间内出现。
根据裂纹出现的位置和形态,热裂纹可以分为几种不同的类型:(1) 固相转变裂纹:当金属处于固相转变的温度范围内,由于组织的变化和内部应力的影响,容易产生热裂纹。
这种裂纹通常直接出现在焊缝和热影响区的边缘。
(2) 晶粒边界裂纹:在焊接过程中,由于焊接区和热影响区的组织结构发生变化,晶粒边界处的脆性增大,容易形成裂纹。
这种裂纹通常呈线状,沿着晶粒边界方向延伸。
(3) 退火裂纹:由于焊接过程中产生的应力或变形,在焊接后的退火过程中,容易引起焊接接头的内部产生裂纹。
这种裂纹通常在焊缝和热影响区内部产生,对焊接接头的强度和韧性产生负面影响。
2. 冷裂纹冷裂纹是由于焊接后在室温条件下产生的裂纹。
冷裂纹通常是由于焊接接头内部的残余应力和变形引起的。
根据裂纹形态和位置的不同,冷裂纹可以分为以下几种类型:(1) 焊接残余应力裂纹:由于焊接接头的热变形以及冷却过程中产生的残余应力,容易导致焊接接头内部产生裂纹。
这种裂纹通常沿着焊缝或热影响区的方向延伸,严重影响焊接接头的力学性能。
(2) 氢致裂纹:在焊接过程中,如果焊接材料和焊接环境中存在水、油、脂肪等含氢物质,容易引起焊接接头内部产生氢致裂纹。
这种裂纹通常呈细小的网状分布,对焊接接头的韧性和可靠性产生严重影响。
3.应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹是由于金属在受到应力和腐蚀介质的共同作用下产生的裂纹。
这种裂纹通常在金属制品长期使用过程中出现,对金属制品的可靠性和使用寿命产生严重影响。
根据裂纹产生的条件和形态不同,应力腐蚀裂纹可以分为以下几种类型:(1) 晶间腐蚀裂纹:当金属在受到腐蚀介质和应力的作用下,容易发生晶间腐蚀和产生裂纹。
焊接裂纹随着钢铁、石油化工、舰船和电力等工业的发展,在焊接结构方面都趋向于向大型化、大容量和高参数方向发展,有的还在低温、腐蚀等环境下工作。
因此,各种低合金高强钢、高合金钢、合金材料的应用越来越广泛。
但是,随着这些钢种和合金材料的应用,在焊接生产中带来了许多新的问题,其中经常遇到的一种最严重的缺陷就是焊接裂纹。
焊接裂纹是接头中局部区域的金属原子结合遭到破坏而形成的缝隙,缺口尖锐、长宽比大,在结构工作过程中会扩大,甚至会使结构突然断裂,特别是脆性材料,所以裂纹是焊接接头中最危险的缺陷。
5.1 焊接接头中裂纹的分布焊接生产中,由于钢材和结构类型不同,裂纹的分布是多种多样的,见图5-1。
各种不同类型的裂纹:①焊缝中纵向裂纹;②焊缝上横向裂纹;③热影响区纵向裂纹;④热影响区横向裂纹;⑤火口(弧坑)裂纹;⑥焊道下裂纹;⑦焊缝内部晶间裂纹;⑧焊趾裂纹;⑨热影响区焊缝贯穿裂纹⑩焊缝根部裂纹5.2 裂纹的分类5.2.1 按裂纹分布的走向分①横向裂纹;②纵向裂纹;③星形(弧形裂纹)。
5.2.2 按裂纹发生部位分①焊缝金属中裂纹;②热影响区中裂纹;③焊缝热影响区贯穿裂纹。
5.2.3 按产生本质分类①热裂纹;②冷裂纹;③再热裂纹;④层状撕裂;⑤应力腐蚀裂纹。
(1)热裂纹(高温裂纹)产生:焊接接头的冷却过程中,且温度处在固相线附近的高温阶段产生。
存在部位:焊缝为主,热影响区特征:宏观看,焊缝热裂纹沿焊缝的轴向成纵向分布(连续或继续)也可看到缝横向裂纹,裂口均有较明显的氧化色彩,表面无光泽;微观看,沿晶粒边界(包括亚晶界)分布,属于沿晶断裂性质。
分类:①结晶裂纹②高温液化裂纹③多边化裂纹(2)再热裂纹(消除应力处理裂纹)原件结构焊后消除应力热处理中,在热影响区的粗晶部位产生裂纹,材质低合金高强钢,珠光体耐热钢、奥氏体、不锈钢、Ni基合金。
由于重新加热(热处理)过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。
(3)冷裂纹产生温度:较低温度,在M S点以下的低温产生的存在部位:多发生在热影响区,但也有发生在焊缝。
焊接裂纹种类分类及其特点概述一、危害性焊接结构产生裂纹轻者需要返修,浪费人力、物力、时间,重者造成焊接结构抱废,无法修补。
更严重者造成事故、人身伤亡。
如1969年有一艘5万吨的矿石运输船在太平洋上航行时,断裂成两段而沉没,在压力容器破坏事故中,有很多都是由于焊接裂纹造成。
因此,解决研究焊接裂纹已成为当前主要课题。
二、种类各种不同类型的裂纹①焊缝中纵向裂纹②焊缝上横向裂纹③热影响区纵向裂纹④热影响区横向裂纹⑤火口(弧坑)裂纹⑥焊道下裂纹⑦焊缝内部晶间裂纹⑧热影响区焊缝贯穿裂纹⑨焊趾裂纹⑩焊缝根部裂纹分类:1、按裂纹分布的走向分1)、横向裂纹2)、纵向裂纹3)、星形(弧形裂纹)2、按裂纹发生部位分①焊缝金属中裂纹②热影响区中裂纹③焊缝热影响区贯穿裂纹3、按产生本质分类1)、热裂纹(高温裂纹)产生:焊接接头的冷却过程中,且温度处在固相线附近的高温阶段。
—热裂纹—高温裂纹高温下产生,在结晶温度附近存在部位:焊缝为主,热影响区特征:宏观看,焊缝热裂纹沿焊缝的轴向成纵向分布(连续或继续)也可看到缝横向裂纹,裂口均有较明显的氧化色彩,表面无光泽,微观看,沿晶粒边界(包括亚晶界)分布,属于沿晶断裂性质。
存在宏观裂纹,必有微观裂纹存在微观裂纹,外表不一定显现宏观裂纹近缝区的裂纹往往是微观裂纹,不一定发展成宏观裂纹1)、热裂纹1)、结晶裂纹:在凝固的过程—结晶过程中产生2)、高温液化裂纹:在高温下产生,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物(S、P、Si)经重新溶化,在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂。
3)、多边化裂纹:产生温度低于固相线温度,存在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。
2)、再热裂纹(消除应力处理裂纹)原件结构焊后消除应力热处理中,在热影响区的粗晶部位产生裂纹,材质低合金高强钢,珠光体耐热钢、奥氏体、不锈钢、Ni基合金。
焊接裂纹的分析与处理我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。
我们已经讲过裂纹的判断,判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。
如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析,就不可能制定出最佳的处理方案。
因此必须要对裂纹进行认真的分折。
根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同,可能遇到各种裂纹,裂纹多产生在焊缝上,如焊缝上的纵向裂,焊缝上的横向裂。
也可以产生在焊缝两侧的热影响区,焊缝热影响区的纵向裂,焊接影响的横向裂纹,焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹,有时产生在金属表面,有时产生在金属内部,如焊缝根部裂、焊趾裂,有的裂纹用肉眼可以看到,有的则必须借助显微镜才能发现,有的裂纹焊后立即出现,有的则是放置或运行一段时间之后才出现。
1.焊缝裂纹的分类根据裂纹的本质和特征,可分为五种类型:即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。
1.1热裂纹热裂纹是在高温情况下产生的,而且是沿奥氏体晶界开裂,就目前的理解,把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。
(1)结晶裂纹—结晶裂纹的形成期,是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段,即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段,由于凝固金属收缩时残存液相不足,致使沿晶开裂,故称结晶裂纹,由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的,所以也称为凝固裂纹。
结晶裂纹的特征:存在的部位主要在焊缝上,也有少量的在热影响区,最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂,即纵向裂,断口有较明显的氧化色,表面无光泽,也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。
(2)液化裂纹—焊接过程中,在焊接热循环峰值温度作用下,在多层焊缝的层间金属以及母材近缝区金属中,由于晶间层金属被重新熔化,在一定的收缩应力的作用下,沿奥氏体晶界产生的开裂,称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。
液化裂的特征:①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方(部分溶化区),或多层焊缝的层间金属中。
②裂纹的走向,在母材近缝区中,裂纹沿过热奥氏体晶间发展;在多层焊缝金属中,裂纹沿原始柱状晶界发展,裂纹的扩展方向,视应力的最大方向而定,可以是横向或纵向;并在多层焊焊缝金属中,液化裂纹可以贯穿层间;在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。
绪论单元测试1.扩散焊属于A:压焊B:钎焊C:熔焊答案:A2.高频感应焊属于A:熔焊B:钎焊C:压焊答案:A3.在连接处不能形成共同晶粒的方法是A:熔焊B:钎焊C:压焊答案:B4.熔焊焊接接头包括以下区域A:熔合区B:热影响区C:母材D:焊缝答案:ABD5.真空电子束焊无填充材料焊接过程哪些过程A:凝固结晶和相变过程B:化学冶金过程C:热过程答案:AC6.熔焊焊接过程中可能发生冶金反应的区域包括A:热影响区B:熔合区C:母材D:焊缝答案:BD7.焊接是一种永久性连接方法。
A:对B:错答案:A8.焊接过程中接头处发生熔化的焊接方法都是熔焊。
A:对B:错答案:B9.熔焊方法都要经历加热-熔化-冶金反应-凝固结晶-固态相变过程。
A:对B:错答案:B10.对多数金属来说,只要是使被连接件界面的金属原子接近到0.3-0.5nm,就可以实现焊接。
A:对B:错答案:A第一章测试1.等离子弧本质上是被压缩的电弧。
A:对B:错答案:A2.低碳钢焊接时熔池平均温度约1770±100KA:错B:对答案:A3.电弧焊时对工件的加热区域是指电弧电流流过的区域。
A:错B:对答案:A4.减小熔滴尺寸对于加强冶金反应是有利的A:错B:对答案:B5.焊条电弧焊时的有效热量包括:A:用于熔滴过渡的热量B:周围空气、介质吸收的热量C:母材吸收的热量D:形成飞溅的热量答案:AC6.计算焊条金属的损失系数时,损失部分包括A:氧化损失B:飞溅损失C:蒸发损失D:焊条残余部分答案:ABC7.可以提高焊缝熔深的措施包括A:增大电弧电压B:减小电弧电压C:减小电流D:增大电流答案:BD8.热效率最高的焊接方法是A:焊条电弧焊B:激光焊C:电渣焊D:埋弧焊答案:B9.焊接温度场的研究以哪种传热形式为主A:辐射B:对流C:热传导答案:C10.薄板焊接时热源可看作:A:点热源B:面热源C:线热源答案:C第二章测试1.熔合比是指焊缝中熔化的母材与填充材料之比A:对B:错答案:B2.电弧空间内分子状态的H2、N2、O2的含量很低。
焊接裂纹成因分析及其防治措施1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区,由于焊接的影响,材料的原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝,它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。
按产生时的温度和时间的不同,裂纹可分为:热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。
在焊接生产中,裂纹产生的部位有很多。
有的裂纹出现在焊缝表面,肉眼就能观察到;有的隐藏在焊缝内部,通过探伤检查才能发现;有的产生在焊缝上;有的则产生在热影响区内。
值得注意的是,裂纹有时在焊接过程中产生,有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现,后一种称为延迟裂纹,这种裂纹的危害性更为严重。
常见裂纹的发生部位与型态如下图所示。
常见裂纹的发生部位与型态2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害最大的缺陷,除了降低焊接接头的承载能力,还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中,促使裂缝扩展,最终会导致焊接结构的破坏,使产品报废,甚至会引起严重的事故。
通常,在焊接接头中,裂缝是一种不允许存在的缺陷。
一旦发现即应彻底清除,进行返修焊接。
3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同,下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下(从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度)如下图所示所产生的裂纹,又称高温裂缝或结晶裂缝。
热裂缝通常在焊缝内产生,有时也可能出现在热影响区,如图所示。
原因:由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析,凝固以后强度也较低,当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。
此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,则在加热温度超过其熔点的热影响区,这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。
总之,热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
防治措施:防止产生热裂缝的措施,可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。