焊縫容易在什麼區發生斷裂

Ⅰ 鋼板焊接試板拉伸試驗時，斷裂位置在熱影響區、在焊縫處、在母材處，原因分別分析

1. 當鋼板焊接試板在拉伸試驗中出現斷裂，若斷裂發生在熱影響區，這通常是因為該區域的材料性質受到了焊接過程的影響，導致其強度相對於焊縫金屬和母材來說較低。
2. 若斷裂發生在母材處，這通常是因為母材本身的強度低於焊縫金屬，或者是由於母材存在一些缺陷，如夾雜物、微裂紋等，導致其不能承受拉伸試驗中的應力。
3. 當斷裂發生在焊縫處時，可能的原因包括：一是使用了不適合的焊劑，導致焊縫金屬的強度與母材相差較大；二是焊接技術不當，如焊接速度過快、電流過小等，都可能導致焊縫質量不佳，從而在拉伸試驗中發生斷裂。

Ⅱ 焊接裂紋產生原因及防治措施

背景
焊接裂紋就其本質來分,可分為熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂等。下面僅就各種裂紋的成因、特點和防治辦法進行具體的闡述。
1.熱裂紋
在焊接時高溫下產生的,故稱熱裂紋,它的特徵是沿原奧氏體晶界開裂。
根據所焊金屬的材料不同(低合金高強鋼、不銹鋼、鑄鐵、鋁合金和某些特種金屬等),產生熱裂紋的形態、溫度區間和主要原因也各不相同。
目前,把熱裂紋分為結晶裂紋、液化裂紋和多邊裂紋等三大類。
1)結晶裂紋主要產生在含雜質較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中(含S,P,C,Si縫偏高)和單相奧氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金焊縫中。
這種裂紋是在焊縫結晶過程中,在固相線附近,由於凝固金屬的收縮,殘余液體金屬不足,不能及時添充,在應力作用下發生沿晶開裂。
防治措施:在冶金因素方面,適當調整焊縫金屬成分,縮短脆性溫度區的范圍控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質的含量;細化焊縫金屬一次晶粒,即適當加入Mo、V、Ti、Nb等元素;在工藝方面,可以通過焊前預熱、控制線能量、減小接頭拘束度等方面來防治。
2)近縫區液化裂紋是一種沿奧氏體晶界開裂的微裂紋,它的尺寸很小,發生於HAZ近縫區或層間。
它的成因一般是由於焊接時近縫區金屬或焊縫層間金屬,在高溫下使這些區域的奧氏體晶界上的低熔共晶組成物被重新熔化,在拉應力的作用下沿奧氏體晶間開裂而形成液化裂紋。
這一種裂紋的防治措施與結晶裂紋基本上是一致的。
特別是在冶金方面,盡可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶組成元素的含量是十分有效的;在工藝方面,可以減小線能量,減小熔池熔合線的凹度。
3)多邊化裂紋是在形成多邊化的過程中,由於高溫時的塑性很低造成的。
這種裂紋並不常見,其防治措施可以向焊縫中加入提高多邊化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
2、再熱裂紋
通常發生於某些含有沉澱強化元素的鋼種和高溫合金(包括低合金高強鋼、珠光體耐熱鋼、沉澱強化高溫合金,以及某些奧氏體不銹鋼),他們焊後並未發現裂紋,而是在熱處理過程中產生了裂紋。
再熱裂紋產生在焊接熱影響區的過熱粗晶部位,其走向是沿熔合線的奧氏體粗晶晶界擴展。
防治再熱裂紋從選材方面,可以選用細晶粒鋼。
在工藝方面,選用較小的線能量,選用較高的預熱溫度並配合以後熱措施,選用低匹配的焊接材料,避免應力集中。
3、冷裂紋
主要發生在高、中碳鋼、低、中合金鋼的焊接熱影響區,但有些金屬,如某些超高強鋼、鈦及鈦合金等有時冷裂紋也發生在焊縫中。
一般情況下,鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及分布,以及接頭所承受的拘束應力狀態是高強鋼焊接時產生冷裂紋的三大主要因素。焊後形成的馬氏體組織在氫元素的作用下,配合以拉應力,便形成了冷裂紋。
它的形成一般是穿晶或沿晶的。冷裂紋一般分為焊趾裂紋、焊道下裂紋、根部裂紋。
防治冷裂紋可以從工件的化學成分、焊接材料的選擇和工藝措施三方面入手。
應盡量選用碳當量較低的材料;焊材應選用低氫焊條,焊縫應用低強度匹配,對於高冷裂傾向的材料也可選用奧氏體焊材;合理控制線能量、預熱和後熱處理是防治冷裂的工藝措施。
在焊接生產中由於採用的鋼種、焊接材料不同,結構的類型、鋼度,以及施工的具體條件不同,可能出現各種形態的冷裂紋。
然而在生產上經常遇到的主要是延遲裂紋。
延遲裂紋有以下三種形式:
1)焊趾裂紋——這種裂紋起源於母材與焊縫交界處,並有明顯應力集中部位。裂紋的走向經常與焊道平行,一般由焊趾表面開始向母材的深處擴展。
2)焊道下裂紋——這種裂紋經常發生在淬硬傾向較大、含氫量較高的焊接熱影響區。一般情況下裂紋走向與熔合線平行。
3)根部裂紋——這種裂紋是延遲裂紋中比較常見的一種形態,主要發生在含氫量較高、預熱溫度不足的情況下。這種裂紋與焊趾裂紋相似,起源於焊縫根部應力集中最大的部位。根部裂紋可能出現在熱影響區的粗晶段,也可能出現在焊縫金屬中。
鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及其分布,以及接頭所承受的拘束應力狀態是高強鋼焊接時產生冷裂紋的三大主要因素。這三個因素在一定條件下是相互聯系和相互促進的。
鋼種的淬硬傾向主要決定於化學成分、板厚、焊接工藝和冷卻條件等。焊接時,鋼種的淬硬傾向越大,越易產生裂紋。為什麼鋼淬硬之後會引起開裂呢?可歸納為以下兩方面。
a:形成脆硬的馬氏體組織——馬氏體是碳在ɑ鐵中的過飽和固溶體,碳原子以間隙原子存在於晶格之中,使鐵原子偏離平衡位置,晶格發生較大的畸變,致使組織處於硬化狀態。
特別是在焊接條件下,近縫區的加熱溫度很高,使奧氏體晶粒發生嚴重長大,當快速冷卻時,粗大的奧氏體將轉變為粗大的馬氏體。
從金屬的強度理論可以知道,馬氏體是一種脆硬的組織,發生斷裂時將消耗較低的能量,因此,焊接接頭有馬氏體存在時,裂紋易於形成和擴展。
b:淬硬會形成更多的晶格缺陷——金屬在熱力不平衡的條件下會形成大量的晶格缺陷。這些晶格缺陷主要是空位和位錯。
隨焊接熱影響區的熱應變數增加,在應力和熱力不平衡的條件下,空位和位錯都會發生移動和聚集,當它們的濃度達到一定的臨界值後,就會形成裂紋源。
在應力的繼續作用下,就會不斷地發生擴展而形成宏觀的裂紋。
氫是引起高強鋼焊接冷裂紋重要因素之一,並且有延遲的特徵,因此,在許多文獻上把氫引起的延遲裂紋稱為「氫致裂紋」。
試驗研究證明,高強鋼焊接接頭的含氫量越高,則裂紋的敏感性越大,當局部地區的含氫量達到某一臨界值時,便開始出現裂紋,此值稱為產生裂紋的臨界含氫量
cr。
各種鋼產生冷裂的
cr值是不同的,它與鋼的化學成分、鋼度、預熱溫度,以及冷卻條件等有關。
1:焊接時,焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹、油污,以及環境濕度等都是焊縫中富氫的原因。
一般情況下母材和焊絲中的氫量很少,而焊條葯皮的水分和空氣中的濕氣卻不能忽視,成為增氫的主要來源。
2:氫在不同金屬組織中的溶解和擴散能力是不同的,氫在奧氏體中的溶解度遠比鐵素體中的溶解度大。
因此,在焊接時由奧氏體向鐵素體轉變時,氫的溶解度發生突然下降。
與此同時,氫的擴散速度恰好相反,由奧氏體向鐵素體轉變時突然增大。
焊接時在高溫作用下,將有大量的氫溶解在熔池中,在隨後的冷卻和凝固過程中,由於溶解度的急劇降低,氫極力逸出,但因冷卻很快,使氫來不及逸出而保留在焊縫金屬中形成擴散氫。
4、層狀撕裂
一種內部的低溫開裂。僅限於厚板的母材金屬或焊縫熱影響區,多發生於「L」、「T」、「+」型接頭中。
其定義為軋制的厚鋼板沿厚度方向塑性不足以承受該方向上的焊接收縮應變而發生於母材的一種階梯狀冷裂紋。
一般是由於厚鋼板在軋制過程中,把鋼內的一些非金屬夾雜物軋成平行於軋制方向的帶狀夾雜物,這些夾雜物引起了鋼板在力學性能上的各向導性。
防治層狀撕裂在選材上可以選用精練鋼,即選用z向性能高的鋼板,也可以改善接頭設計形式,避免單側焊縫、或在承受z向應力的一側開出坡口。
層狀撕裂與冷裂不同,它的產生與鋼種強度級別無關,主要與鋼中的夾雜量和分布形態有關。
一般軋制的厚鋼板,如低碳鋼、低合金高強鋼,甚至鋁合金的板材中也會出現層狀撕裂。根據層狀撕裂產生的位置大體可以分為三類:
第一類是在焊接熱影響區焊趾或焊根冷裂紋誘發而形成的層狀撕裂。
第二類是焊接熱影響區沿夾雜開裂,是工程上最常見的層狀撕裂。
第三類遠離熱影響區母材中沿夾雜開裂,一般多出現在有較多MnS的片狀夾雜的厚板結構中。
層狀撕裂的形態與夾雜的種類、形狀、分布,以及所處的位置有密切關系。
當沿軋制方向上以片狀的MnS夾雜為主時,層狀撕裂具有清晰的階梯狀,當以硅酸鹽夾雜為主時呈直線狀,如以Al 夾雜為主時呈不規則的階梯狀。
厚板結構焊接時,特別是T型和角接接頭,在剛性拘束的條件下,焊縫收縮時會在母材厚度方向產生很大的拉伸應力和應變,當應變超過母材金屬的塑性變形能力時,夾雜物與金屬基體之間就會發生分離而產生微裂,在應力的繼續作用下裂紋尖端沿著夾雜所在平面進行擴展,就形成了所謂「平台」。
影響層狀撕裂的因素很多,主要有以下幾方面:
1:非金屬夾雜物的種類、數量和分布形態是產生層狀撕裂的本質原因,它是造成鋼的各向異性、機械性能差異的根本所在。
2:Z向拘束應力 厚壁焊接結構在焊接過程中承受不同的Z向拘束應力、焊後的殘余應力及載荷,它們是造成層狀撕裂的力學條件。
3:氫的影響 一般認為,在熱影響區附近,由冷裂誘發成為層狀撕裂,氫是一個重要的影響因素。
由於層狀撕裂的影響很大,危害也甚為嚴重,因此需要在施工之前,對鋼材層狀撕裂的敏感性作出判斷。
常用的評定方法有Z向拉伸斷面收縮率和插銷Z向臨界應力法。為防止層狀撕裂,斷面收縮率 應不小於15%,一般希望 =15~20%為宜,當25%時,認為抗層狀撕裂優異。
防止層狀撕裂應主要從以下方面採取措施:
第一,精練鋼 廣泛採用鐵水先期脫硫的辦法,並用真空脫氣,可以冶煉出含硫只有0.003~0.005%的超低硫鋼,它的斷面收縮率(Z向)可達23~25%。
第二,控制硫化物夾雜的形態 是把MnS變成其他元素的硫化物,使在熱軋時難以伸長,從而減輕各向異性。目前廣泛使用的添加元素是鈣和稀土元素。經過上述處理的鋼,可製造出Z向斷面收縮率達50~70%的抗層狀撕裂鋼板。
第三,從防止層狀撕裂的角度出發,在設計和施工工藝上主要是避免Z向應力和應力集中,具體措施按下例參考:
1)應盡量避免單側焊縫,改用雙側焊縫可緩和焊縫根部區的應力狀態,為防止應力集中。
2)採用焊接量少的對稱角焊縫代替焊接量大的全焊透焊縫,以免產生過大的應力。
3)應在承受Z向應力的一側開坡口。
4)對於T型接頭,可在橫板上預先堆焊一層低強的焊接材料,以防止焊根裂紋,同時亦可緩和焊接應變。
5)為防止由冷裂引起的層狀撕裂,應盡量採用一些防止冷裂的措施,如減少氫量、適當提高預熱、控制層間溫度等。

Ⅲ 焊接結構的疲勞破壞和脆性斷裂

焊接結構的疲勞破壞和脆性斷裂是工程中常見的失效模式，它們對結構的安全性和可靠性構成了重大威脅。以下將詳細介紹焊接結構的疲勞破壞、脆性斷裂的特點、影響因素及改善措施。

焊接結構的疲勞破壞是指由重復應力引起的裂紋起始與緩慢擴展，導致結構損傷的過程。疲勞斷口通常分為三個區域：疲勞源區、疲勞擴展區和瞬時擴展區。疲勞源區是裂紋的起始點，宏觀分析時難以分辨。疲勞擴展區顯示出貝殼狀或海灘波紋狀條紋，其微觀特徵為疲勞輝紋，每個貝殼花紋內包含數以萬計條紋，每條紋代表一次載荷循環。瞬時破斷區（最終破斷區）是裂紋擴展至臨界尺寸後發生的快速破壞。

焊接結構的疲勞強度受到多種因素影響，包括應力集中、截面尺寸、表面狀態、載入情況等。焊接結構本身的特點，如接頭部位近縫區性能變化和焊接殘余應力，也可能對疲勞產生影響。應力集中的影響體現在接頭部位，不同的應力集中程度對接頭疲勞強度產生不同影響。近縫區金屬性能變化對接頭疲勞強度的影響較小。殘余應力對結構疲勞強度的影響取決於其分布狀態，殘余應力分布影響著疲勞強度，尤其是在應力集中的區域，如應力集中處、受彎曲構件的外緣等。焊接缺陷，包括裂紋、未熔合、未焊透等，對疲勞強度的影響與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關。

為提高焊接結構的疲勞強度，可以採取以下措施：降低構件中的應力集中程度，通過合理選擇構件結構形式、接頭形式、焊接規范，以及採用表面機械加工方法來減少接頭應力集中。改善焊接結構疲勞強度的工藝措施包括正確選擇焊接規范，確保焊縫良好成形和內外部無缺陷；調整殘余應力，通過整體退火或超載預拉伸法、局部加熱、輾壓、局部爆炸等方法處理接頭部位；改善材料的機械性能，如進行表面強化處理，通過小輪擠壓、輕打焊縫表面及過渡區或使用小鋼丸噴射焊縫區域提高接頭疲勞強度。此外，採用特殊保護措施，如使用塑料塗層，能夠顯著改善焊接接頭的疲勞性能。

焊接結構的脆性斷裂通常在應力不高於設計應力且沒有顯著塑性變形的情況下發生，表現為從應力集中處開始的快速擴展。脆斷的原因包括材料選用不當、設計不合理、製造工藝不完善等。影響金屬脆性斷裂的因素包括溫度、應力狀態、載入速度和材料狀態。例如，溫度降低會促使材料從塑性破壞轉變為脆性破壞。應力狀態系數與載入方式和零件形狀有關，б增大的應力狀態有利於塑性變形和韌性斷裂，而б減少則有利於正應力的脆性斷裂。載入速度的提高會促使材料脆性破壞，類似於降低溫度的效果。板厚度、晶粒度和化學成分等因素也對脆性轉變溫度和脆性斷裂產生影響，如厚板在缺陷處容易形成三向應力狀態，晶粒越細，其脆性轉變溫度越低，鋼中的C、N、O、H、S、P等元素會增加鋼材的脆性。

Ⅳ 手工電弧焊中焊接裂紋產生的原因及分析及預防措施

1、焊接裂紋形成原因
焊接中的常見焊接裂紋一般分為三大種類型:
1.1 熱裂紋:熱裂紋是在高溫下產生的, 而且都是沿奧氏體晶界開裂,它的主要形態是結裂紋。即焊縫在結晶過程中,在固相線附近由於凝固金屬的收縮,晶粒間的液態薄膜承受不了拉力,以致沿晶界開裂。
1.2 冷裂紋:是在相當低的溫度(即在鋼的馬氏體轉變溫度附近,約200-300℃)由於約束應力,淬硬組織和氫的作用,焊接接頭產生裂絞,即屬於冷裂紋。
1.3 脆裂:在溫度急劇下降時由於金屬及焊縫變脆;而發的低應力破壞的現象,即稱為脆裂。根據金屬裂斷前的總變形量(宏觀變形),可把斷裂分為延性斷裂和脆性斷裂兩大類。延性斷裂,金屬在斷裂前和斷裂中發生顯著塑性變形,一般在應力超過金屬的強度極限{超載}後發生斷裂。而脆性斷裂,在斷裂前幾乎不產生明顯塑性變形,通常在不超過金屬屈服強度即斷裂,因此亦稱低應力破壞。
從以上討論可以知道,在各種具體情況下產生裂紋的原因是不同的,有時可能是幾種因素共同作用的結果。然而,不管是熱裂紋,冷裂紋,脆裂,它們都具有一個共同的規律,即、焊接時由於各種原因在熔池內部常發生變化,在一定條件下會發生作用而形成裂紋。在手工電弧焊中我們要通過裂紋的特徵來判斷裂紋的類型，找出裂紋形成的原因,從而採取相應措施。
2、影響生成裂紋的因素及防止措施
2.1 熱裂紋。主要講結晶裂紋,它是熱裂紋的一種普遍形態。影響結晶裂紋主要有下列因素:
2.1.1 結晶溫度區的范圍愈大,則增加脆性溫度區,即增加裂紋傾向。結晶溫度區大小與合金含量有很大關系;即隨著合金成份的增加,結晶溫度區間也增大。
2.1.2 碳當量愈大,則增加裂紋傾向,因為各種元素對結晶裂紋的影響不同,例如嚴重影響結晶裂紜紋的元素有C,S,P,Cn,Ni;少量影響不大,多量則促使裂紋的元素有Si,Mn,Cr等。為了相對判斷焊縫金屬裂紋傾向,建立了碳當量的計算方式,以便相應進行考察。
2.1.3 殘液m形態,如為薄膜狀則裂紋傾向大,如為球粒狀則裂紋傾向小。
2.1.4 一次結晶組織,如粗大則裂紋傾向大,如為球粒狀則裂紋傾向小。
2.1.5 力的因素對產生結晶裂紋也有影響,當焊的拉伸應力在某一溫度區間超過了金屬的晶間強度,即會產生晶向裂紋。 2.2 冷裂紋。冷裂紋可以在焊後立即出現,也可以是延遲裂紋,而後一種是冷裂紋中的比較普遍的形態。冷裂紋的產生與鋼的碎硬傾向;焊接接頭的氫含量及其分布;焊接接頭的拘束應力有直接關系。並且這三者是相互促進和相互影響,在不同情況下,其中任何一個便可能為主要因素,但不是唯一因素:
2.2.1 鋼的淬硬傾向,主要取決於鋼種的化學成分,其次是焊接工藝,結構鋼板厚度及冷卻條件。鋼種的淬硬傾向愈大,則愈容易產生冷裂紋。這是由於:容易產生冷裂紋。這是由於:容易形成脆性組織,如馬氏體組織便是一種脆硬性組織,在一定應力作用下會發生脆性斷裂。冷卻速度愈快愈容易加大鋼的淬硬性傾向:淬硬性傾向愈大的鋼材,會產生較多的晶格缺陷,如空位和位錯, 這些都會在焊接應力的作用下,發生移動和聚集,達到一定程度,便會產生裂紋源。
2.2.2 氫的作用,氫對冷裂紋的影響極為顯著,氫在焊道或影響區的存在;可以形成氫脆;試驗表明氫脆是冷裂紋的重要原因;在正常情況下鋼中氫含量是極低的,但當焊接時,如果焊件處理不當,焊條中所含的水傷,焊接坡口附近的油污,其中鐵銹(mFeO3nH2O)的影響特別大。加熱時鐵銹進行下列反應 由於增加氧化作用,在結晶時就會促使生成H2氣。鐵銹中的結晶水(H2O),在高溫時分解出氫氣,增加了生成氫氣孔的傾向。由此可見,鐵銹是一個極其有害的雜質,對於氫氣有敏感性,尤其在鹼性焊條施焊的情況下,焊件表面氧化皮和鐵銹、油污等雜質的清理要比酸性焊條要求更為嚴格,否則使焊縫產生氫,這些氫在電弧高殞溫作用下, 分解成氫原子,不斷進入焊接的熔池中。金屬在熔融狀態下熔氫量是比較高皈,但是在液相凝固時溶氫量則急劇降低,這時氫原子結合成氫分子而逸出。然而由亍焊接接頭處冷卻速度是極快的,大部分氫未來得及逸出而以過飽私狀態熔於凝固了的焊縫中。溶於鋼中的氫原子在應力梯度的推動下擴散至此, 聚集形成裂紋源。裂紋源漸漸就形成宏觀裂紋。
2.2.3 應力作用,裂紋是在應力超過材料強度極限時,在材料內部發生的一種破斷,因此任何裂紋都離不開應力。所以應力成為主要矛盾。因此必須設法保證焊接質量,要合理考慮設計接頭,以避免裂紋的出現。防止冷裂紋一般應採取如下措施:選擇合適的填充材料,即焊條,如選用鹼性低氫型焊條,以減少從填充材料中帶入氫。焊縫的強度要與母材相適應;採取減少氫的措施,如嚴格控制焊條的烘乾溫度,鹼性焊條對氫的敏感性大,故需要更高的烘乾溫度350～450℃,保溫1～2小時。而酸性焊條烘乾到150～200℃,保溫1～2小時即可, 改善接頭設計, 減少應力集中;調節熱循環,如採用淬硬程度,降低熱應力和組織應力,提供讓氫逸出焊接接頭的機會;焊後熱處理可以消除內應力,去氫以及使淬硬牲組織回火等以消除脆性,提高韌性。
2.2.4工藝因素,所謂工藝因素主要是指焊接規范、電流種類、電孤高低和操作技巧等方面對產生氫藝的影響。
因此: (1)適當降低焊接電流Ia,使熔滴變大,比表面積減小,吸收氫、氮、氧困難,減小產生裂紋傾向。反之若電流增大,使電阻熱增大,葯皮發紅過早分解,使焊縫既無氣體保護也無冶金反應,易產生大而多的穿透性氣孔。從焊縫形狀系數φ=B/H 考慮,當焊縫寬度B不變焊接電流增大時,熔深H增大,焊縫形狀系數φ控制
在1～1.5。因此焊接電流千萬不能無原則地增加,要視具體情況按規范選擇最佳值。
(2)焊接速度Ua不宜過快。 熔池存在時間:
式中:I—電流(A);U―電孤電壓(V);Ua―焊接速度(cm/s);K―常數,與被焊材料的熱物理性質有關。
由式可知,當電孤功率不變,焊接速度Ua減小時,熔池存在時間tp增長,結晶速度減小,有利於氣泡上浮,不易產生裂紋。從提高生產率考慮,應該在提高焊接速度的同時提高焊接電流和電孤電壓,總之要使三者匹配,才能獲得速度快、質量高的焊接接頭。
2.3 脆裂:脆性破壞是材料還沒有沿剪切面滑移之前,材料已達到破壞極限,因而材科是在沒有變形的情況下產生的破壞,故稱脆性破壞。材料產生脆裂與四個因素有關:第一, 溫度降低的程度。當溫度降低時,材料變形能力減少而抗拉強度和屈服強度增加,在某種稱為臨界溫度時材料完全喪失變形能力,在某種稱為臨界溫度時材料完全喪失變形能力,轉變為脆性狀態。第二,載荷速度增加的程度。增大載入速度,也會引起屈服限的增加,而使材料變脆,塑性降低。第三,應力及應力集中的程度。在有缺口的地方產生應力集中,能夠導致脆性破壞。因為缺口處的應力集中,導致材料的破壞應力將比剪應力增加速度快,這四個因素同時作用,是產生脆性破壞的最危險狀,為了不出現脆性破壞,就要盡力阻止這個危險狀態出現。

Ⅳ 焊接缺陷及防治措施的裂紋：

根據裂紋尺寸大小,分為三類:(1)宏觀裂紋:肉眼可見的裂紋。(2)微觀裂紋:在顯微鏡下才能發現。(3)超顯微裂紋:在高倍數顯微鏡下才能發現,一般指晶間裂紋和晶內裂紋。
從產生溫度上看,裂紋分為兩類:
(1)熱裂紋:產生於Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現,又稱結晶裂紋。這種二裂紋主要發生在晶界,裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。
(2)冷裂紋:指在焊畢冷至馬氏體轉變溫度M3點以下產生的裂紋,一般是在焊後一段時間(幾小時,幾天甚至更長)才出現,故又稱延遲裂紋。
按裂紋產生的原因分,又可把裂紋分為: (1)再熱裂紋:接頭冷卻後再加熱至500~700℃時產生的裂紋。再熱裂紋產生於沉澱強化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區內的粗晶區,一般從熔合線向熱影響區的粗晶區發展,呈晶間開裂特徵。
（2）層狀撕裂主要是由於鋼材在軋制過程中,將硫化物(MnS)、硅酸鹽類等雜質夾在其中,形成各向異性。在焊接應力或外拘束應力的使用下,金屬沿軋制方向的雜物開裂。
(3)應力腐蝕裂紋:在應力和腐蝕介質共同作用下產生的裂紋。除殘余應力或拘束應力的因素外,應力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態有關。 (1)結晶裂紋的形成機理熱裂紋發生於焊縫金屬凝固末期,敏感溫度區大致在固相線附近的高溫區,最常見的熱裂紋是結晶裂紋,其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中,結晶偏析使雜質生成的低熔點共晶物富集於晶界,形成所謂液態薄膜,在特定的敏感溫度區(又稱脆性溫度區)間,其強度極小,由於焊縫凝固收縮而受到拉應力,最終開裂形成裂紋。結晶裂紋最常見的情況是沿焊縫中心長度方向開裂,為縱向裂紋,有時也發生在焊縫內部兩個柱狀晶之間,為橫向裂紋。弧坑裂紋是另一種形態的,常見的熱裂紋。
熱裂紋都是沿晶界開裂,通常發生在雜質較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料氣焊縫中
(2)影響結晶裂紋的因素
a合金元素和雜質的影響碳元素以及硫、磷等雜質元素的增加,會擴大敏感溫度區,使結晶裂紋的產生機會增多。
b.冷卻速度的影響冷卻速度增大,一是使結晶偏析加重,二是使結晶溫度區間增大,兩者都會增加結晶裂紋的出現機會；
c.結晶應力與拘束應力的影響在脆性溫度區內,金屬的強度極低,焊接應力又使這飛部分金屬受拉,當拉應力達到一定程度時,就會出現結晶裂紋。
(3)防止結晶裂紋的措施a.減小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量較低的材料焊接。b.加入一定的合金元素,減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細化晶粒。,c.採用熔深較淺的焊縫,改善散熱條件使低熔點物質上浮在焊縫表面而不存在於焊縫中。d.合理選用焊接規范,並採用預熱和後熱,減小冷卻速度。e.採用合理的裝配次序,減小焊接應力。 (1)再熱裂紋的特徵
a.再熱裂紋產生於焊接熱影響區的過熱粗晶區。產生於焊後熱處理等再次加熱的過程中。
b.再熱裂紋的產生溫度:碳鋼與合金鋼550~650℃奧氏體不銹鋼約300℃
c.再熱裂紋為晶界開裂(沿晶開裂)。
d.最易產生於沉澱強化的鋼種中。
e.與焊接殘余應力有關。
(2)再熱裂紋的產生機理
a.再熱裂紋的產生機理有多種解釋,其中模形開裂理論的解釋如下:近縫區金屬在高溫熱循環作用下,強化相碳化物(如碳化鐵、碳化飢、碳化鏡、碳化錯等)沉積在晶內的位錯區上,使晶內強化強度大大高於晶界強化,尤其是當強化相彌散分布在晶粒內時, 阻礙晶粒內部的局部調整,又會阻礙晶粒的整體變形,這樣,由於應力鬆弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔,於是,晶界應力集中,就會產生裂紋,即所謂的模形開裂。
(3)再熱裂紋的防止a.注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響。b.合理預熱或採用後熱,控製冷卻速度。c.降低殘余應力避免應力集中。d.回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區或縮短在此溫度區內的停留時間。 (1)冷裂紋的特徵 a.產生於較低溫度,且產生於焊後一段時間以後,故又稱延遲裂紋。b.主要產生於熱影響區,也有發生在焊縫區的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂,穿晶開裂或兩者混合出現。d.冷裂紋引起的構件破壞是典型的脆斷。
(2)冷裂紋產生機理a.瘁硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲備。b.接頭的殘余應力使焊縫受拉。c.接頭內有一定的含氫量。
含氫量和拉應力是冷裂紋(這里指氫致裂紋)產生的兩個重要因素。一般來說,金屬內部原子的排列並非完全有序的,而是有許多微觀缺陷。在拉應力的作用下,氫向高應力區(缺陷部位)擴散聚集。當氫聚集到一定濃度時,就會破壞金屬中原子的結合鍵,金屬內就出現一些微觀裂紋。應力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地擴展,直致發展為宏觀裂紋,最後斷裂。決定冷裂紋的產生與否,有一個臨界的含氫量和一個臨界的應力值o當接頭內氫的濃度小於臨界含氫量,或所受應力小於臨界應力時,將不會產生冷裂紋(即延遲時間無限長)。在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性最大。
(3)防止冷裂紋的措施 a.採用低氫型鹼性焊條,嚴格烘乾,在100~150℃下保存,隨取隨用。b.提高預熱溫度,採用後熱措施,並保證層間溫度不小於預熱溫度,選擇合理的焊接規范,避免焊縫中出現洋硬組織c.選用合理的焊接順序,減少焊接變形和焊接應力d.焊後及時進行消氫熱處理。

Ⅵ 焊縫內部缺陷有哪些

在焊接過程中，焊縫內部可能出現多種類型的缺陷，這些缺陷可能顯著降低焊接結構的性能和安全性。以下是焊縫內部常見的一些缺陷：
1. 氣孔：氣孔是在焊縫中形成的，由於氣體在焊接過程中未能完全逸出而產生。氣孔會削弱焊縫的強度，並影響其密封性。
2. 夾渣：夾渣是指在焊接過程中未被徹底清除的雜質殘留在焊縫中。這些雜質包括各種未熔化的金屬和非金屬雜質，它們會干擾焊縫的質量，從而影響焊接結構的整體性能。
3. 裂紋：裂紋可能在焊縫內部或表面出現，通常與焊接應力有關。在焊接過程中，由於局部溫度升高和冷卻速度過快，可能導致焊接區域產生裂紋。這種缺陷可能導致焊縫斷裂，嚴重影響焊接結構的可靠性。
4. 熱裂紋：熱裂紋是在焊接完成後在冷卻過程中產生的缺陷，通常發生在焊縫的熱影響區域。熱裂紋的形成與焊接材料的特性、焊接工藝和冷卻條件密切相關。這種缺陷同樣會對焊接結構的強度和耐久性造成嚴重損害。
5. 氫致脆：氫致脆是一種由於焊縫中存在過量的氫元素而引起的脆性斷裂現象。氫元素可能來源於焊接材料或焊接過程中的氣體，當其在焊縫中積累到一定程度時，會導致焊縫的脆性增加，從而降低其抗斷裂能力。
6. 夾雜物：夾雜物是焊接過程中未完全熔化的異物，可能包括焊條或焊絲中的非金屬夾雜物。它們會存在於焊縫內部，影響焊縫的強度和韌性。這些缺陷的存在不僅會降低焊縫的機械性能，還可能引發焊接結構的早期失效。