焊接裂纹热裂纹PPT课件

（4）硅 硅是δ相形成元素，应利于消除结晶裂 纹，但硅含量超过0.4%时，容易形成硅酸盐夹杂， 从而增加了裂纹倾向。
(5)钛、锆和稀土 最近发现，钛、锆和镧、铈 等稀土元素能形成高熔点的硫化物，故对消除结 晶裂纹有良好作用。
（6）镍 镍在低合金钢中易于与硫形成低熔共晶 （Ni与Ni3S2熔点仅645℃），因此会引起结晶裂 纹。但加入锰、钛等合金元素后，可以抑制硫的 有害作用。
2．合金元素对产生结晶裂纹的影响
（1）硫和磷 硫和磷在钢中能形成多种低熔共晶， 使结晶过程极易形成液态薄膜，因而显著增大裂 纹倾向，即使是微量存在，也会使结晶区间大为 增加。
（2）碳 碳在钢中是影响结晶裂纹的主要元素， 并能加剧其他元素的有害作用（如硫、磷等）。
（3）锰 锰具有脱硫作用，能置换FeS为MnS，同 时也能改善硫化物的分布形态，使薄膜状FeS改变 为球状分布，从而提高了焊缝的抗裂性。为了防 止硫引起的结晶裂纹，并随含碳量的增加，则 Mn/S的比值也应随之增加
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被排挤在柱 状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”， 此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态 薄膜就成了薄弱地带。在拉伸应力的作用下就有可能 在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。
总括以上，产生结晶裂纹的原因，就在于焊缝中存在 液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用 的结果。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的内因，而 拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。
三、防治结晶裂纹的措施
（一）冶金因素方面 1．控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量 尽可能的控制母材及焊材中的硫、磷、碳含量， 一些重要的焊接结构应采用碱性焊条或焊剂。 2．改善焊缝凝固结晶、细化晶粒是提高抗裂性的 重要途径 广泛采用的办法是向焊缝中加入细化 晶粒元素（如Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al、稀土等）。 对于不锈钢焊接时，为了提高抗裂性、抗腐性， 希望得到γ+δ的双相组织焊缝（δ相控制在5%左 右），这也是改善凝固结晶的重要方面。
产生结晶裂纹的条件是：焊缝在脆性温度区内所承受 的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性。
可把熔池的结晶分为以下三个阶段：
（一）液固阶段
熔池开始结晶时，仅有少量的晶核，以后逐渐晶核长 大和出现新的晶核，但始终保持有较多的液相，相邻 晶粒之间不发生接触，液态金属可在晶粒之间自由流 动。此时虽有拉伸应力存在，但被拉开的缝隙能及时 地被流动着的液态金属所填满，因此在液固阶段不会 产生裂纹。
二、结晶裂纹的影响因素
从现象来看，影响结晶裂纹的因素很多，但从本 质来看，主要可归纳为两方面，即冶金因素和力 的因素。 （一）冶金因素对产生结晶裂纹的影响 所谓结晶裂纹的冶金因素主要是合金状态图的类 型、化学成分和结晶组织形态等。 1．合金状态图的类型和结晶温度区间 结晶裂纹倾向的大小是随合金状态图结晶温度区 间的增大而增加。当合金元素进一步增加时，结 晶区间和脆性温度区反而减小，所以裂纹的倾向 也反而降低了。
（二）固液阶段
当结晶继续进行时，固相不断增多，且不断长大，冷 却到某一阶段时，已凝固的相彼此发生接触，并不断 倾轧到一起，这时液态金属的流动就发生了困难，即 熔池结晶进入了固液阶段。在这种情况下，由于液态 金属少（主要是那些低熔点共晶），在拉伸应力作用 下所产生的微小缝隙都无法填充，只要稍有拉伸应力 存在就有产生裂纹的可能。
（7）氧 焊缝中有一定的含氧量，能降低硫的有 害作用。
3．凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响
焊缝在结晶后，晶粒大小、形态和方向，以及析 出的初生相等对抗裂性都有很大的影响。晶粒越 粗大，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的 倾向就越大。对于焊接18-8型不锈钢时，希望得 到γ+δ双相焊缝组织，因焊缝中有少量δ相可以 细化晶粒，打乱奥氏体粗大柱状晶的方向性，同 时，δ相还具有比γ相溶解更多S、P的不利作用， 因此可以提高焊缝的抗裂能力。
第二节 焊接热裂纹
热裂纹是焊接生产中比较常见的一种缺陷，从一般常 用的低碳钢、低合金钢，到奥氏体不锈钢、铝合金和 镍基合金等都有产生热裂纹的可能。 热裂纹主要是结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三种 宏观上热裂纹表面都有氧化色彩。
一、结晶裂纹的形成机理
先结晶的金属较纯，后结晶的金属含杂质较多，并富 集在晶界。一般来讲，这些杂质所形成的共晶都有较 低的熔点。
（三）完全凝固阶段
熔池金属完全凝固之后所形成的焊缝，受到拉伸应力 时，就会表现出较好的强度和塑性，很难发生裂纹。 但应指出，对于某些金属在焊缝完全凝固以后，仍有 一段温度内塑性很低，也会产生裂纹，即所谓高温低 塑性裂纹（多边化裂纹）。
由低熔点共晶所形成的液态薄膜是产生结晶裂纹的主 要根源。但在大量实验的基础上，发现焊缝中低熔点 共晶的数量超过一定限界之后，反而具有“愈合”裂 纹的作用。也就是说，低熔点共晶较多时，反而不产 生裂纹，它可以自由流动，填充有裂口的部位，这就 是起了所谓“愈合”作用。
（二）Байду номын сангаас艺因素方面
工艺方面主要是焊接工艺参数、预热、接头型式 和焊接顺序等，用工艺方法防止结晶裂纹主要是 改善焊接时的应力状态。
1．焊接工艺及工艺参数
适当增加焊接线能量E和提高预热温度T0，即可减 小焊缝金属的应变率，从而降低结晶裂纹的倾向。
2．接头形式
表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝抗裂性较高。熔深较大的 对接和各种角接（包括搭接、T形接头和外角接焊缝等） 抗裂性较差，因为这些焊缝所承受的应力正好作用在焊缝 的结晶面上，而这个面是晶粒之间联系较差，杂质聚集的 地方，故易于引起裂纹。
对于厚板焊接结构，施工时常采用多层焊，裂纹倾向比单 层焊有所缓和，但对各层的熔深应注意控制。另外，在接 头处应尽量避免应力集中（错边、咬肉、未焊透等），也 是降低裂纹倾向的有效办法。
（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响
焊缝金属在脆性温度区内塑性低和脆性温度区的 范围宽是产生结晶裂纹的必要原因，而充分条件 是必须要有力的作用。
产生结晶裂纹的影响因素概括起来主要是冶金因 素和力学因素，二者之间既有内在的联系，又有 各自独立规律。
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2019/7/11
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