焊接裂纹及防止45页PPT

0—晶间强度
第五章 焊接裂纹
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T↑ ↓1 0 ↓ T→ T0 1 = 0
T0—称金属的等强温度
T>T0 时， 1 > 0 发生断裂晶间断裂
若焊缝所受拉伸应力为 2 随温度变化始终 不超过 0 ，则不会产生结晶裂纹 2 < 0
若焊缝的拉伸应力为 1， 1> 0产生结晶裂纹
断裂，也有晶间和穿晶
混合断裂
第五章 焊接裂纹
本节结束19
§5-2 焊接热裂纹
一、结晶裂纹
1、 产生机理
1）产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树 枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊 缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝 内部两个树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥 氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在 焊缝上某些高强钢，含杂质较多的钢种，除 发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。
第五章 焊接裂纹
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三、热裂纹与冷裂纹的基本特点
裂纹 产生温度 产生部位
热裂纹 高温下产生 焊缝、热影响区
冷裂纹 低温下产生 热影响区、焊缝
宏观特征
沿焊缝的轴向成纵向 分布,也有横向分布， 断口具有发亮的金属光 裂口均有氧化色彩表 泽 面无光泽
微观特征
沿晶粒边界分布，属 晶间断裂，也有穿晶内
于沿晶断裂性质
SL—固体晶粒与残液之间的表面张力
SS—固体晶粒之间的表面张力
—固相与液相的接触角
当 SL 越小 越小
/ SL SS=0.5
=0 残液在固体晶粒以薄膜存在裂↑
=180°残液以球状形态分布裂↓
第五章 焊接裂纹
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④一次结晶组织形态及组织对结晶裂 纹的影响
晶粒大小：晶粒粗大裂纹的倾向↑

σcr ——插销试验临界应力（N/mm2）；
[H]——扩散氢含量（JIS测氢法）（mL/100g）；
t8/5——800~500℃冷却时间（s）； t100——由峰值温度冷至100℃冷却时间。
cr (132 .3 27.5lg([H] 1) 0.216 HV 0.0102 t100) 9.8 式中 [H]——扩散氢含量（mL/100g）； HV——热影响区的平均最大硬度（维氏）.
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
结晶裂纹产生条件： a.脆性温度区间TB大小； b.脆性温度区间金属塑性Pmin ； c.脆性温度区间应变增长率. 脆性温度区间TB/脆性温度区间金属塑性Pmin 取决于： a.焊缝化学成分; b.偏析程度； c.晶粒大小和方向. 脆性温度区间应变增长率取决于： a.金属热物理性能；a.接头刚度；c.焊接工艺参数
在焊缝结晶过程固相线附近，由于凝固金属收缩， 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. 特征：a.裂纹断面有氧化彩色;b.焊缝中发生. 结晶裂纹产生原因： a.焊缝含杂质多(含硫、磷、碳、 硅偏高); b.凝固过程产生拉伸应力.
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
图1 焊缝中的结晶裂纹
b. 减小焊接过程应力; c. 降低温度;
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
第1讲 焊接裂纹产生机理及其防治
二 冷裂纹(Cold Cracking) 焊后冷至较低温度（马氏体转变温度Ms附近），由 拘束应力/淬硬组织和氢共同作用产生. 特征：a.主要在热影响区;b.焊缝少(横向裂纹）. 1. 延迟裂纹 特点:a.具有延迟现象. b.决定于钢种淬硬倾向 /焊 接接头应力状态和熔敷金属中扩散氢含量. 2. 淬硬脆化裂纹 特征：a.钢种淬硬倾向大;b.没有氢诱发/仅拘束应 力作用;c.没有延迟现象;d.出现热影响区或焊缝. 3. 低塑性脆化裂纹 特点：a.低塑性材料;b.无延迟现象.

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三、焊接冷裂纹的机理
（2）延迟裂纹与温度的关系 （3）不同的钢种氢的扩散速度不同 （4）应力扩散理论
金属内部缺陷提供裂源，应力作用下开裂。
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三、焊接冷裂纹的机理
氢致裂PPT纹学习的交流扩展过程
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三、焊接冷裂纹的机理
（三）焊接接头的应力状态 1.不均匀加热及冷却过程中所产生的热应 力 2.金属相变时产生的组织应力
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（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
合金状态图与结P晶PT学裂习交纹流 倾向的关系
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（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
2.合金元素对产生结晶裂纹的影响 （1）硫化磷
各合金元素对铁结晶温度区间的影响
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（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
钢中各元素的偏析系数
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（一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响
HT80钢对接接头熔合线及焊根处的塑性应变
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四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
无预热及无后热焊后10min扩散氢聚集浓度与原始氢浓
度之比PP的T学习分交流布情况
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四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
氢气泡逸出的动态过程
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四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治
（四）焊接工艺对冷裂纹的影响 1.焊接线能量对冷裂纹的影响 2.预热的影响 3.焊后后热的影响 4.多层焊的影响
3.结构自身拘束条件所造成的应力
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四、影响焊接冷裂纹的主要因素及其防治 （一）钢种的化学成分的影响
采用低碳和添加多种微量合金元素开发的 低合金高强钢，HAZ为低碳贝氏体、低 碳马氏体和自回火马氏体。

②拉伸应力 液态薄膜—根本原因 拉伸应力—必要条件
第五章 焊接裂纹
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以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段
①液固阶段：（1区）
②固液阶段：这一区 也称为“脆性温度区” 即图上a、b之间的温 度范围 ③固相阶段：也叫 完全凝固阶段
Tb—称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属, Tb 小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产生裂纹的倾向也大
③星形（弧形裂纹） 2、 按裂纹发生部位分
①焊缝金属中裂纹
纵向裂纹
②热影响区中裂纹
③焊缝热影响区贯穿裂纹
第五章 焊接裂纹
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3 、按产生本质分类
1）、热裂纹 （高温裂纹）
产生：热裂纹(高温裂纹)高温下产生
存在部位：焊缝为主,热影响区
特征：宏观看, 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
第五章 焊接裂纹
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延迟裂纹
第五章 焊接裂纹
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4）、层状撕裂：
由于轧制母材内部存 在有分层的夹杂物(特 别是硫化物夹杂物） 和焊接时产生的垂直 轧制方向的应力，使 热影响区附近地方产 生呈“台阶”状的层 状断裂并有穿晶发展 。
第五章 焊接裂纹
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5）、应力腐蚀裂纹：
金属材料在某些特定 介质和拉应力共同作 用下所产生的延迟破 裂现象，称应力腐蚀 裂纹。
第五章 焊接裂纹
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重点内容
1、裂纹的分类用一般特征 2、结晶裂纹的形成机理、影响因素，及其防
冶措施 3、焊接冷裂纹的形成机理， 4、应力腐蚀裂纹形ຫໍສະໝຸດ 机理 ５、层状撕裂产生原因及防止、

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焊接速度过快或过 慢，使得焊缝未能 充分熔合，容易产 生裂纹。
结构设计问题
结构设计不合理，如焊缝位置不当、焊缝数量过多等，导致焊缝受力不均，容易 产生裂纹。
构件制作过程中预留的应力没有得到有效释放，焊接过程中容易引起应力集中， 导致裂纹产生。
施工环境影响
施工环境温度过低，使得钢材 变脆，容易产生裂纹。
优化结构设计
在满足使用要求的前提下，尽量减少应力 集中部位的设计。
05
结论与展望
结论
焊接裂纹是钢结构中常见的缺陷之一，可能导致结构承载能力下降、安全性能降 低甚至发生事故。
分析了钢结构焊接裂纹的成因，主要包括材料、设计、施工和使用环境等因素。
针对不同的裂纹类型和成因，提出了相应的预防和补救措施，包括选用合适的材 料、优化结构设计、提高施工质量和加强定期检查等方面。
预热处理
在焊接前对钢材进行预热处理，降低因温差导致 的应力，减少裂纹产生的可能性。
后热处理
在焊接完成后进行后热处理，进一步消除焊接应 力，防止裂纹的产生。
04
案例分析
工程概况
项目名称
某大桥钢结构桥梁
工程背景
该大桥为城市主干道的重要组成部分，钢结构桥梁采用高强度钢 材焊接而成。
工程特点
钢结构构件多，焊接工作量大，对焊接质量要求高。
钢结构焊接裂纹的原因及预 防措施
2023-11-06
目 录
• 概述 • 钢结构焊接裂纹的原因 • 预防钢结构焊接裂纹的措施 • 案例分析 • 结论与展望
01
概述
钢结构焊接裂纹的定义
• 钢结构焊接裂纹是指在焊接过程中，由于受到材料、设计、 对钢结构的强度和稳定性产生严重影响。

a-纵向裂纹，b-横向裂纹，c-星形裂纹 1-焊缝中纵向裂纹，2-焊缝上横向裂纹，3-熔合区裂纹，4-焊缝根部裂纹， 5-HAZ根部裂纹，6-焊趾纵向裂纹(延迟裂纹)，7-焊趾纵向裂纹(液化裂纹、 再热裂纹)，8-焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹、再热裂纹)，9-层状撕裂，
10-弧坑裂纹(火口裂纹) 焊接裂纹的宏观形态及其分布
Part IV 焊接缺陷及控制
§2.2 焊接热裂纹
产生结晶裂纹的条件： 焊缝在脆性温度区间内所承受的拉伸应变大于焊缝 金属所具有的塑性，或焊缝金属在脆性温度区间内 的（1塑）性脆储性备温量度(Δ区ε)T小B的于大零小，取决于三方面： T（B2越）大T，B内收金缩属应的力塑的性作δ用时间就越长，产生的应 变T（B3量一）越定T大时B内，的形TB应成内变热金增裂属长纹的率的塑倾性向δm越in越大低。，TB产主生要热取裂决纹 于的∂ε焊倾/∂t缝向越化越大学大，成，越分与容、焊易低缝产熔化生共学裂晶成纹的分，性、∂ε质偏/∂及析t主分程要布度与、焊晶经缝粒历金的大 大小属小及的及应热方变胀向速系性率数。有、关接。头的刚度、焊缝位置、线能量的 大小以及温度场分布。
Part IV 焊接缺陷及控制
§2.2 焊接热裂纹
(3) 焊接结晶裂纹的影响因素 1)、冶金因素 ① 合金状态图类型和结晶温度区间 ② 化学成分 ③ 结晶组织形态
2)、工艺因素 ④ 工艺条件 ⑤ 结构形式 ⑥ 拘束状态
Part IV 焊接缺陷及控制
§2.2 焊接热裂纹
① 合金状态图类型和结晶温度区间 平衡条件下，合金状态图 脆性温度区的大小随着该 合焊金接的条整件个下结是晶不温平度衡区结间晶， 的实增际加固相而线增要加比。平S衡点条：件结 晶下区的间固最相大线向、左裂下纹方倾移向动最， 大与；此共同晶时点，：热裂裂倾纹向倾的向变最 小化。曲实线线也平随衡之左条移件。下，虚 线不平衡结晶。

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27、曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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焊接裂纹及防止
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭