斜Y型坡口焊接裂纹实验

会计学1斜斜Y型坡口焊接裂纹实验型坡口焊接裂纹实验一、实验目的一、实验目的n n1、通过实验，使学生了解评价金属材料可焊性的常用实验方法。n n2、认识冷裂纹产生的三个条件。n n3 3、了解焊接冷裂纹断口的典型形貌。第1页/共27页二、实验装置及实验材料二、实验装置及实验材料n n1 1 1 1、材料材料材料材料n n试板（材质为被测材料）试板（材质为被测材料）试板（材质为被测材料）试板（材质为被测材料）12121212块块块块n n焊条焊条焊条焊条4.04.0（焊条强度级别与试板等强度）焊条强度级别与试板等强度）焊条强度级别与试板等强度）焊条强度级别与试板等强度）n n2 2 2 2、设备设备设备设备n n焊机（直流焊机）焊机（直流焊机）焊机（直流焊机）焊机（直流焊机）1111台台台台n n气割设备气割设备气割设备气割设备1111套套套套n n砂轮切片机砂轮切片机砂轮切片机砂轮切片机1111台台台台n n放大镜、秒表、手锤等各放大镜、秒表、手锤等各放大镜、秒表、手锤等各放大镜、秒表、手锤等各1111个个个个n n腐蚀液腐蚀液腐蚀液腐蚀液若干若干若干若干 第2页/共27页三、实验原理三、实验原理三、实验原理三、实验原理n n1 1 1 1、冷裂纹的测试方法简介冷裂纹的测试方法简介冷裂纹的测试方法简介冷裂纹的测试方法简介 n n焊焊焊焊接接接接冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向的的的的测测测测定定定定方方方方法法法法很很很很多多多多，常常常常用用用用的的的的有有有有：最最最最高高高高硬硬硬硬度度度度法法法法、斜斜斜斜y y坡坡坡坡口口口口对对对对接接接接裂裂裂裂纹纹纹纹试试试试验验验验法法法法（“小小小小铁铁铁铁研研研研式式式式”抗抗抗抗裂裂裂裂实实实实验验验验）、刚刚刚刚性性性性拘拘拘拘束束束束裂裂裂裂纹纹纹纹试验（试验（试验（试验（RRCRRC试验）、拉伸拘束试验试验）、拉伸拘束试验试验）、拉伸拘束试验试验）、拉伸拘束试验(TRC)TRC)、插销试验等。插销试验等。插销试验等。插销试验等。n n按按按按照照照照接接接接头头头头拘拘拘拘束束束束类类类类型型型型可可可可把把把把抗抗抗抗裂裂裂裂试试试试验验验验分分分分为为为为自自自自拘拘拘拘束束束束抗抗抗抗裂裂裂裂试试试试验验验验和和和和外外外外拘拘拘拘束束束束性性性性抗裂试验两大类。抗裂试验两大类。抗裂试验两大类。抗裂试验两大类。n n自自自自拘拘拘拘束束束束抗抗抗抗裂裂裂裂试试试试验验验验主主主主要要要要评评评评价价价价材材材材料料料料（焊焊焊焊材材材材）抗抗抗抗热热热热、冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹性性性性能能能能，确确确确定定定定焊焊焊焊接接接接规规规规范范范范(不不不不开开开开裂裂裂裂时时时时)及及及及热热热热处处处处理理理理情情情情况况况况（包包包包括括括括预预预预热热热热、后后后后热热热热）。这这这这种种种种试试试试验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。n n外外外外拘拘拘拘束束束束性性性性试试试试验验验验适适适适用用用用于于于于定定定定量量量量评评评评定定定定材材材材料料料料的的的的裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向，以以以以及及及及可可可可以以以以比比比比较较较较深深深深入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。第3页/共27页2 2、焊接冷裂纹的产生焊接冷裂纹的产生及危害及危害n n冷冷裂裂纹纹是是焊焊后后冷冷却却较较低低温温度度下下产产生生的的。对对于于低低合合金金钢钢、中中碳碳钢钢而而言言，大大约约在在钢钢的的马马氏氏体体转转变变温温度度MMS S附附近近。它它是是由由于于拘拘束束应应力力、淬淬硬硬组组织织和扩散氢的共同作用下产生的。和扩散氢的共同作用下产生的。n n 冷冷裂裂纹纹主主要要发发生生在在低低合合金金钢钢、中中合合金金钢钢、中中碳碳和和高高碳碳钢钢的的热热影影响响区区，个个别别情情况况下下，如如焊焊接接超超高高强强度度钢钢或或某某些些钛钛合合金金时时，冷冷裂裂纹纹也也出出现现在焊缝上。在焊缝上。n n危害：接头性能变坏，产生脆性断裂。危害：接头性能变坏，产生脆性断裂。第4页/共27页3 3、冷裂纹的种类冷裂纹的种类n n延迟裂纹延迟裂纹延迟裂纹延迟裂纹n n主主主主要要要要特特特特点点点点是是是是：不不不不在在在在焊焊焊焊后后后后立立立立即即即即出出出出现现现现，具具具具有有有有延延延延迟迟迟迟现现现现象象象象。主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于钢钢钢钢中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。n n淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹n n主主主主要要要要特特特特点点点点:焊焊焊焊后后后后立立立立即即即即开开开开裂裂裂裂，不不不不受受受受扩扩扩扩散散散散氢氢氢氢的的的的影影影影响响响响，只只只只在在在在拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力的的的的作用下产生。作用下产生。作用下产生。作用下产生。n n产产产产生生生生原原原原因因因因：由由由由于于于于冷冷冷冷却却却却时时时时马马马马氏氏氏氏体体体体相相相相变变变变而而而而产产产产生生生生的的的的脆脆脆脆性性性性造造造造成成成成的的的的。主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于钢钢钢钢的的的的淬淬淬淬硬硬硬硬性性性性和和和和拘拘拘拘束束束束条条条条件件件件。一一一一般般般般采采采采用用用用较较较较高高高高的的的的预预预预热热热热温温温温度度度度和和和和使使使使用用用用高高高高韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。n n 低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹n n由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生白口开裂的现象白口开裂的现象白口开裂的现象白口开裂的现象 第5页/共27页4 4、延迟冷裂纹的产生延迟冷裂纹的产生机理分析机理分析n n在在在在三三三三种种种种冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹中中中中，延延延延迟迟迟迟裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的危危危危害害害害性性性性最最最最大大大大，最最最最具具具具有有有有普普普普遍遍遍遍性性性性。因因因因此此此此，这这这这里里里里主主主主要要要要介介介介绍绍绍绍这这这这中中中中裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的产产产产生生生生情情情情况况况况。有有有有关关关关研研研研究究究究证证证证明明明明：钢钢钢钢材材材材的的的的淬淬淬淬硬硬硬硬倾倾倾倾向向向向，焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头含含含含氢氢氢氢量量量量及及及及其其其其分分分分布布布布，以以以以及及及及接接接接头头头头所所所所承承承承受受受受的的的的拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力状状状状态态态态是是是是高高高高强强强强钢钢钢钢焊焊焊焊接接接接时时时时产产产产生生生生冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的三三三三大大大大主主主主要要要要因因因因素素素素。这这这这三三三三个个个个因因因因素素素素在在在在一一一一定定定定条条条条件下是互相联系和相互促进的。件下是互相联系和相互促进的。件下是互相联系和相互促进的。件下是互相联系和相互促进的。第6页/共27页下面就三大因素简单介绍一下。下面就三大因素简单介绍一下。下面就三大因素简单介绍一下。下面就三大因素简单介绍一下。n n钢钢钢钢材材材材的的的的淬淬淬淬硬硬硬硬倾倾倾倾向向向向，主主主主要要要要决决决决定定定定于于于于化化化化学学学学成成成成分分分分、板板板板厚厚厚厚、焊焊焊焊接接接接工工工工艺艺艺艺和和和和冷冷冷冷却条件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。却条件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。却条件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。却条件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。n n形成脆硬的马氏体组织形成脆硬的马氏体组织形成脆硬的马氏体组织形成脆硬的马氏体组织n n马马马马氏氏氏氏体体体体的的的的脆脆脆脆硬硬硬硬是是是是因因因因碳碳碳碳饱饱饱饱和和和和固固固固溶溶溶溶在在在在FeFeFeFe种种种种，使使使使晶晶晶晶格格格格发发发发生生生生较较较较大大大大的的的的畸畸畸畸变变变变而而而而难难难难以以以以变变变变形形形形（滑滑滑滑移移移移），这这这这样样样样断断断断裂裂裂裂时时时时将将将将消消消消耗耗耗耗较较较较低低低低的的的的（很很很很少少少少）能能能能量量量量。因此，马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。因此，马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。因此，马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。因此，马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。n n淬硬会形成更多的晶格缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷n n碳碳碳碳在在在在FeFeFeFe中中中中过过过过饱饱饱饱和和和和固固固固溶溶溶溶，导导导导致致致致严严严严重重重重的的的的晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变，形形形形成成成成大大大大量量量量的的的的晶晶晶晶格格格格缺缺缺缺陷陷陷陷，主主主主要要要要是是是是空空空空位位位位和和和和位位位位错错错错。在在在在不不不不平平平平衡衡衡衡条条条条件件件件下下下下，位位位位错错错错和和和和空空空空位位位位发发发发生生生生移动和聚集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。移动和聚集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。移动和聚集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。移动和聚集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。n n高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度H H H Hmaxmaxmaxmax作为评定指标。作为评定指标。作为评定指标。作为评定指标。第7页/共27页扩散氢的作用扩散氢的作用扩散氢的作用扩散氢的作用n n大大大大量量量量的的的的研研研研究究究究证证证证明明明明，氢氢氢氢的的的的聚聚聚聚集集集集开开开开始始始始于于于于焊焊焊焊后后后后约约约约60606060秒秒秒秒（室室室室温温温温下下下下板板板板厚厚厚厚20202020mmmmmmmm）,约约约约冷冷冷冷至至至至100100100100150150150150，在焊后，在焊后，在焊后，在焊后1 1 1 12 2 2 2小时达到最大值（在有缺口效应的部位），然后逐渐耗散。小时达到最大值（在有缺口效应的部位），然后逐渐耗散。小时达到最大值（在有缺口效应的部位），然后逐渐耗散。小时达到最大值（在有缺口效应的部位），然后逐渐耗散。n n氢氢氢氢 聚聚聚聚 集集集集 的的的的 程程程程 度度度度 随随随随 钢钢钢钢 种种种种 的的的的 化化化化 学学学学 成成成成 分分分分 不不不不 同同同同 而而而而 不不不不 同同同同。在在在在 较较较较 高高高高 的的的的 拘拘拘拘 束束束束 条条条条 件件件件 下下下下（R21700N/mmR21700N/mmR21700N/mmR21700N/mm mmmmmmmm）氢氢氢氢聚聚聚聚集集集集系系系系数数数数N(N=C/CN(N=C/CN(N=C/CN(N=C/C0 0 0 0,C,C,C,C聚聚聚聚集集集集氢氢氢氢浓浓浓浓度度度度，C C C C0 0 0 0初初初初始始始始氢氢氢氢浓浓浓浓度度度度)随随随随n nP P P Pcmcmcmcm（碳当量）的变化如下：碳当量）的变化如下：碳当量）的变化如下：碳当量）的变化如下：P P P Pcmcmcmcm=0.20%N=1.7;=0.20%N=1.7;=0.20%N=1.7;=0.20%N=1.7;n n P P P Pcmcmcmcm=0.25%N=3.3;=0.25%N=3.3;=0.25%N=3.3;=0.25%N=3.3;n n P P P Pcmcmcmcm=0.30%N=6.2=0.30%N=6.2=0.30%N=6.2=0.30%N=6.2n n高高高高强强强强钢钢钢钢焊焊焊焊后后后后冷冷冷冷却却却却至至至至100100100100附附附附近近近近时时时时扩扩扩扩散散散散氢氢氢氢在在在在某某某某些些些些部部部部位位位位（应应应应力力力力应应应应变变变变最最最最大大大大区区区区域域域域）发发发发生生生生聚聚聚聚集而起到起裂作用，因此，把集而起到起裂作用，因此，把集而起到起裂作用，因此，把集而起到起裂作用，因此，把100100100100时的残余扩散氢时的残余扩散氢时的残余扩散氢时的残余扩散氢H H H HR100R100R100R100称为有效氢含量。称为有效氢含量。称为有效氢含量。称为有效氢含量。n n式中式中式中式中H H0 0凝固时焊缝的处时含氢量凝固时焊缝的处时含氢量凝固时焊缝的处时含氢量凝固时焊缝的处时含氢量n nh hWW焊缝的平均厚度焊缝的平均厚度焊缝的平均厚度焊缝的平均厚度n nMM氢的热扩散因子氢的热扩散因子氢的热扩散因子氢的热扩散因子n n一般手工电弧焊时，则一般手工电弧焊时，则一般手工电弧焊时，则一般手工电弧焊时，则n n用回归方程法可求的用回归方程法可求的用回归方程法可求的用回归方程法可求的MM如下：如下：如下：如下：n n适适适适用用用用范范范范围围围围t t150150=49.5=49.5630630s s s s t t200200=28.5=28.5166s 166s t t250250=20.25=20.25103103s s s s t t300300=15.5=15.571.2571.25s s s s第8页/共27页n n对对对对于于于于一一一一般般般般低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢，焊焊焊焊后后后后延延延延迟迟迟迟裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的出出出出现现现现往往往往往往往往在在在在热热热热影影影影响响响响区区区区，这这这这与与与与焊焊焊焊缝缝缝缝及及及及热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。n n由由由由于于于于一一一一般般般般低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢焊焊焊焊缝缝缝缝金金金金属属属属的的的的含含含含碳碳碳碳量量量量低低低低于于于于热热热热影影影影响响响响区区区区，在在在在冷冷冷冷却却却却时时时时会会会会在在在在较较较较高高高高的的的的温温温温度度度度就就就就发发发发生生生生相相相相变变变变，即即即即由由由由奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体分分分分解解解解为为为为铁铁铁铁素素素素体体体体、珠珠珠珠光光光光体体体体、贝贝贝贝氏氏氏氏体体体体以以以以及及及及低低低低碳碳碳碳马马马马氏氏氏氏体体体体等等等等。在在在在分分分分解解解解同同同同时时时时，原原原原先先先先溶溶溶溶解解解解在在在在焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的很很很很多多多多氢氢氢氢会会会会极极极极力力力力进进进进行行行行扩扩扩扩散散散散和和和和逸逸逸逸出出出出，当当当当然然然然，原原原原子子子子氢氢氢氢将将将将会会会会从从从从焊焊焊焊缝缝缝缝向向向向热热热热影影影影响响响响区区区区扩扩扩扩散散散散。当当当当焊焊焊焊缝缝缝缝由由由由奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体转转转转变变变变为为为为铁铁铁铁素素素素体体体体、珠珠珠珠光光光光体体体体等等等等组组组组织织织织时时时时，氢氢氢氢的的的的溶溶溶溶解解解解度度度度会会会会突突突突然然然然下下下下降降降降，而而而而氢氢氢氢在在在在铁铁铁铁素素素素体体体体、珠珠珠珠光光光光体体体体中中中中的的的的扩扩扩扩散散散散速速速速度度度度很很很很快快快快，因因因因此此此此氢氢氢氢会会会会被被被被很很很很快快快快地地地地赶赶赶赶到到到到未未未未转转转转变变变变的的的的奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体组组组组织织织织中中中中去去去去扩扩扩扩散散散散（热热热热影影影影响响响响区区区区），而而而而在在在在热热热热影影影影响响响响区区区区（奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体中中中中）扩扩扩扩散散散散速速速速度度度度慢慢慢慢，不不不不能能能能很很很很快快快快地地地地把把把把氢氢氢氢扩扩扩扩散散散散到到到到距距距距熔熔熔熔合合合合线线线线较较较较远远远远的的的的母母母母材材材材中中中中去去去去，因因因因此此此此在在在在熔熔熔熔合合合合线线线线附附附附近近近近形形形形成成成成了了了了富富富富氢氢氢氢地地地地带带带带。当当当当滞滞滞滞后后后后相相相相变变变变的的的的热热热热影影影影响响响响区区区区由由由由奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体向向向向马马马马氏氏氏氏体体体体转转转转变变变变时时时时（因因因因焊焊焊焊缝缝缝缝相相相相变变变变超超超超前前前前于于于于热热热热影影影影响响响响区区区区相相相相变变变变），氢氢氢氢便便便便以以以以过过过过饱饱饱饱和和和和状状状状态态态态残残残残留留留留在在在在马马马马氏氏氏氏体体体体中中中中，促促促促使使使使这这这这个个个个地地地地区区区区进进进进一一一一步步步步脆脆脆脆化化化化。如如如如果果果果这这这这个个个个部部部部位位位位有有有有缺缺缺缺口口口口效效效效应应应应（应应应应力力力力集集集集中中中中、应应应应变变变变集集集集中中中中），并并并并且且且且氢氢氢氢的的的的浓浓浓浓度度度度足足足足够够够够高高高高时时时时，就就就就可可可可能能能能产产产产生生生生根根根根部部部部裂裂裂裂纹纹纹纹或或或或焊焊焊焊趾趾趾趾裂裂裂裂纹纹纹纹。若若若若氢氢氢氢的的的的浓浓浓浓度度度度更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。n n当当当当焊焊焊焊接接接接某某某某些些些些超超超超高高高高强强强强度度度度钢钢钢钢时时时时，会会会会由由由由于于于于焊焊焊焊缝缝缝缝成成成成分分分分复复复复杂杂杂杂，导导导导致致致致焊焊焊焊接接接接热热热热影影影影响响响响区区区区相相相相变变变变先先先先于于于于焊焊焊焊缝缝缝缝，这这这这样样样样，氢氢氢氢会会会会相相相相反反反反地地地地从从从从热热热热影影影影响响响响区区区区向向向向焊焊焊焊缝缝缝缝扩扩扩扩散散散散，那那那那么么么么延延延延迟迟迟迟裂裂裂裂纹纹纹纹就可能在焊缝上产生。就可能在焊缝上产生。就可能在焊缝上产生。就可能在焊缝上产生。第9页/共27页（3 3 3 3）焊接接头的应力状态）焊接接头的应力状态）焊接接头的应力状态）焊接接头的应力状态n n在焊接时，主要存在以下几种应力在焊接时，主要存在以下几种应力在焊接时，主要存在以下几种应力在焊接时，主要存在以下几种应力n n不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力；不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力；不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力；不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力；n n金金金金属属属属相相相相变变变变时时时时产产产产生生生生的的的的组组组组织织织织应应应应力力力力 相相相相变变变变产产产产生生生生体体体体积积积积膨膨膨膨胀胀胀胀，会会会会减减减减轻轻轻轻残残残残余余余余拉拉拉拉伸伸伸伸应力，有利于降低冷裂倾向。应力，有利于降低冷裂倾向。应力，有利于降低冷裂倾向。应力，有利于降低冷裂倾向。n n结构自身拘束条件所造成的应力结构自身拘束条件所造成的应力结构自身拘束条件所造成的应力结构自身拘束条件所造成的应力n n拘束应力的大小决定于受拘束的程度，用拘束度拘束应力的大小决定于受拘束的程度，用拘束度拘束应力的大小决定于受拘束的程度，用拘束度拘束应力的大小决定于受拘束的程度，用拘束度R R R R来表示。来表示。来表示。来表示。n nR R R R的的的的定定定定义义义义：单单单单位位位位长长长长度度度度焊焊焊焊缝缝缝缝，在在在在根根根根部部部部间间间间隙隙隙隙产产产产生生生生单单单单位位位位长长长长度度度度的的的的弹弹弹弹性性性性位位位位移移移移所所所所需需需需要要要要的力。的力。的力。的力。n n平板对接：平板对接：平板对接：平板对接：式中式中式中式中E E E E母材金属的弹性模量母材金属的弹性模量母材金属的弹性模量母材金属的弹性模量n n L L L L拘束距离拘束距离拘束距离拘束距离 板厚板厚板厚板厚n n由由由由上上上上式式式式知知知知：改改改改变变变变拘拘拘拘束束束束距距距距离离离离L L L L和和和和板板板板厚厚厚厚可可可可以以以以调调调调节节节节拘拘拘拘束束束束度度度度R R R R的的的的大大大大小小小小。当当当当R R R R值值值值达达达达到一定值时就产生裂纹，这是的到一定值时就产生裂纹，这是的到一定值时就产生裂纹，这是的到一定值时就产生裂纹，这是的R R R R值称为临界拘束度值称为临界拘束度值称为临界拘束度值称为临界拘束度R R R Rcrcrcrcr。第10页/共27页第11页/共27页n n焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力可可可可采采采采用用用用拘拘拘拘束束束束度度度度来来来来预预预预测测测测，但但但但并并并并不不不不能能能能完完完完全全全全所所所所反反反反映映映映，这主要受钢种类型所限制，两者之间的关系可用下式表达这主要受钢种类型所限制，两者之间的关系可用下式表达这主要受钢种类型所限制，两者之间的关系可用下式表达这主要受钢种类型所限制，两者之间的关系可用下式表达 n n n n式式式式中中中中mm拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力转转转转换换换换系系系系数数数数，与与与与钢钢钢钢的的的的线线线线膨膨膨膨胀胀胀胀系系系系数数数数，力力力力学学学学熔熔熔熔点点点点，比比比比热容以及接头的坡口角度等有关。热容以及接头的坡口角度等有关。热容以及接头的坡口角度等有关。热容以及接头的坡口角度等有关。n n式中式中式中式中线胀系数（线胀系数（线胀系数（线胀系数（10101010-6-6-6-6/）n nT TMM力学熔点力学熔点力学熔点力学熔点 （）T T0 0环境温度（环境温度（环境温度（环境温度（）n nH H热焓（热焓（热焓（热焓（J/gJ/g）2 2坡口角度坡口角度坡口角度坡口角度n nC C比热熔（比热熔（比热熔（比热熔（J/(gJ/(gC)C)）n n低合金钢，手工电弧焊时低合金钢，手工电弧焊时低合金钢，手工电弧焊时低合金钢，手工电弧焊时m=(3m=(35)5)1010-2-2第12页/共27页n n概概概概括括括括以以以以上上上上，高高高高强强强强度度度度钢钢钢钢焊焊焊焊接接接接时时时时产产产产生生生生冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的机机机机理理理理在在在在于于于于钢钢钢钢中中中中产产产产生生生生淬淬淬淬硬硬硬硬之之之之后后后后受受受受氢氢氢氢的的的的侵侵侵侵袭袭袭袭和和和和诱诱诱诱发发发发，使使使使之之之之脆脆脆脆化化化化，在在在在拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力的的的的作作作作用用用用下下下下产产产产生生生生了了了了裂裂裂裂纹纹纹纹。当当当当然然然然，产产产产生生生生冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的力力力力学学学学行行行行为为为为并并并并不不不不是是是是一一一一般般般般的的的的平平平平均均均均拘拘拘拘束束束束应应应应力力力力，而而而而是是是是在在在在某某某某一一一一敏敏敏敏感感感感部部部部位位位位（如如如如有有有有缺缺缺缺口口口口、内内内内部部部部缺缺缺缺陷陷陷陷等等等等应应应应力力力力集集集集中中中中点点点点）达达达达到到到到比比比比平平平平均均均均应应应应力力力力更更更更大大大大的的的的应应应应力力力力场场场场才才才才导导导导致致致致开开开开裂裂裂裂。而而而而氢氢氢氢的的的的作作作作用用用用也也也也不不不不是是是是熔熔熔熔敷敷敷敷金金金金属属属属中中中中的的的的平平平平均均均均含含含含量量量量，而而而而是是是是冷冷冷冷至至至至150150150150100100100100时时时时的的的的残残残残余余余余扩扩扩扩散散散散氢氢氢氢发发发发生生生生聚聚聚聚集集集集而而而而造造造造成成成成临临临临界界界界状状状状态态态态的的的的氢氢氢氢量量量量（有有有有效效效效氢氢氢氢）。钢钢钢钢的的的的淬淬淬淬硬硬硬硬性性性性也也也也不不不不是是是是单单单单纯纯纯纯化化化化学学学学成成成成分分分分所所所所能能能能表表表表达达达达P Pcmcm(碳碳碳碳当当当当量量量量)，而而而而是是是是采采采采用用用用硬硬硬硬度度度度或或或或脆脆脆脆化化化化度度度度较较较较合合合合理理理理。这这这这反反反反映映映映了了了了化化化化学学学学成成成成分和组织形态的共同影响。分和组织形态的共同影响。分和组织形态的共同影响。分和组织形态的共同影响。第13页/共27页1 1 1 1、冷裂纹的斜冷裂纹的斜冷裂纹的斜冷裂纹的斜y y形坡口试验法形坡口试验法形坡口试验法形坡口试验法n n此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。n n具体实验方法是：具体实验方法是：具体实验方法是：具体实验方法是：n n首首首首先先先先用用用用被被被被焊焊焊焊材材材材料料料料加加加加工工工工成成成成如如如如图图图图所所所所式式式式的的的的试试试试样样样样，坡坡坡坡口口口口才才才才用用用用机机机机械械械械切切切切削削削削加加加加工工工工。然然然然后后后后把把把把两两两两端端端端各各各各60606060mmmm范范范范围围围围内内内内先先先先用用用用焊焊焊焊缝缝缝缝固固固固定定定定，焊焊焊焊接接接接时时时时要要要要注注注注意意意意防防防防止止止止角角角角变变变变形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。n n试试试试验验验验焊焊焊焊缝缝缝缝采采采采用用用用手手手手弧弧弧弧焊焊焊焊或或或或自自自自动动动动送送送送进进进进焊焊焊焊条条条条电电电电弧弧弧弧焊焊焊焊，但但但但要要要要注注注注意意意意焊焊焊焊接接接接时时时时引引引引弧弧弧弧、熄熄熄熄弧弧弧弧方方方方式式式式并并并并应应应应离离离离开开开开拘拘拘拘束束束束焊焊焊焊缝缝缝缝2 2 2 23 3 3 3mmmm，如如如如图图图图2 2 2 2所所所所式式式式。试试试试验验验验焊焊焊焊缝缝缝缝可可可可在在在在各各各各种种种种不不不不同同同同温温温温度度度度下下下下施施施施焊焊焊焊，焊焊焊焊后后后后静静静静止止止止24242424h h再再再再检检检检测测测测和和和和解解解解刨刨刨刨。焊焊焊焊接接接接工工工工艺艺艺艺参参参参数数数数为为为为：焊焊焊焊条条条条直直直直径径径径4 4 4 4mmmm，焊焊焊焊接接接接电电电电流流流流170170170170 10101010A A，电电电电弧弧弧弧电电电电压压压压24242424 2 2 2 2V V，焊焊焊焊接接接接速速速速度度度度150150150150 10101010mm/minmm/min。检检检检测测测测裂裂裂裂纹纹纹纹可可可可用用用用肉肉肉肉眼眼眼眼和和和和放放放放大大大大镜镜镜镜来来来来观观观观察察察察焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头的的的的表表表表面面面面和和和和断断断断面面面面上上上上是是是是否否否否存存存存在在在在裂裂裂裂纹纹纹纹，并并并并用用用用下下下下述述述述方方方方法法法法分分分分别别别别计计计计算算算算出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图2 2 2 2。第14页/共27页图表1第15页/共27页第16页/共27页第17页/共27页n n表面裂纹率表面裂纹率表面裂纹率表面裂纹率：n n中中中中C Cf f表面裂纹率（表面裂纹率（表面裂纹率（表面裂纹率（%）n nl lf f表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（mmmm）n nL L试验焊缝长度试验焊缝长度试验焊缝长度试验焊缝长度n n根部裂纹率根部裂纹率根部裂纹率根部裂纹率：试样先经着色检验，然后拉：试样先经着色检验，然后拉：试样先经着色检验，然后拉：试样先经着色检验，然后拉n n断或弯断。断或弯断。断或弯断。断或弯断。n n式中式中式中式中C Cr r根部裂纹率（根部裂纹率（根部裂纹率（根部裂纹率（%）n nl l l lr r r r根部裂纹长度之和（根部裂纹长度之和（根部裂纹长度之和（根部裂纹长度之和（mmmmmmmm）n n断面裂纹率断面裂纹率断面裂纹率断面裂纹率：n n在在在在试试试试验验验验焊焊焊焊缝缝缝缝上上上上切切切切下下下下4 4 4 46 6 6 6块块块块试试试试片片片片，检检检检查查查查5 5 5 5个个个个断断断断面面面面上上上上的的的的裂裂裂裂纹深度。纹深度。纹深度。纹深度。第18页/共27页n n式中式中CS断面裂纹率（断面裂纹率（%）n nHS5个个断断面面上上裂裂纹纹深深度度之之和和n nH5个个断断面面焊焊缝缝最最小小厚厚度度之之合（合（mm）。）。n n如如果果保保持持焊焊接接规规范范不不变变而而采采用用不不同同的的预预热热温温度度进进行行试试验验时时，可可以以测测的的防防止止冷冷裂裂纹纹的的临临界界预预热热温温度度，以以此此作作为为冷冷裂裂纹纹敏敏感感性的指标之一。性的指标之一。第19页/共27页斜斜斜斜y y坡口对接裂纹试验的特点：坡口对接裂纹试验的特点：坡口对接裂纹试验的特点：坡口对接裂纹试验的特点：n n接头拘束度大，根部尖角又有应力集中，因此认为试验中表面裂纹率小于20%，则用于生产就是安全的。n n斜y坡口对接裂纹试验一般用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向。而对于焊缝金属则用直角坡口对接裂纹试验。其实验方法及程序同斜y坡口。第20页/共27页1 1、冷裂纹端口分析冷裂纹端口分析n n冷裂纹端口形态比较复杂。它随金属材料的性能、强度、含氢量的多少，拘束条件和焊接工艺变化。开裂的途径既有穿晶，也有沿晶，以及两种的混合。一般低合金高强钢焊接热影响区的冷裂纹，断口形态主要由准解理（Quasi-cleavage fracture）沿晶（Intergranular fracture）和 少 量 韧 窝（Dimple Rupture）。第21页/共27页n n冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹一一一一般般般般具具具具有有有有延延延延迟迟迟迟的的的的特特特特征征征征，因因因因此此此此冷冷冷冷裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的断断断断裂裂裂裂过过过过程程程程也也也也是是是是分分分分阶阶阶阶段段段段进进进进行行行行的的的的，大大大大致致致致可可可可分分分分为为为为三三三三个个个个阶阶阶阶段段段段，即即即即启启启启裂裂裂裂（起起起起裂裂裂裂）扩扩扩扩展展展展（放放放放射射射射区区区区）和和和和最最最最后后后后断断断断裂裂裂裂（剪剪剪剪切唇）。切唇）。切唇）。切唇）。n n当然，材料的成分（当然，材料的成分（当然，材料的成分（当然，材料的成分（P Pcmcm）和含氢量将对冷裂断口形态有很大影响。和含氢量将对冷裂断口形态有很大影响。和含氢量将对冷裂断口形态有很大影响。和含氢量将对冷裂断口形态有很大影响。n n P Pcmcm对启裂区断口形态的影响对启裂区断口形态的影响对启裂区断口形态的影响对启裂区断口形态的影响n n用插销试验法对三种不同的用插销试验法对三种不同的用插销试验法对三种不同的用插销试验法对三种不同的P Pcmcm钢即钢即钢即钢即18181818MnMoNb(PMnMoNb(Pcmcm=0.3359%),15MnV(A)=0.3359%),15MnV(A)钢钢钢钢（P Pcmcm=0.3240%=0.3240%）,14MnMoNbB,14MnMoNbB钢（钢（钢（钢（P Pcmcm=0.2635%=0.2635%）研究比较后发现研究比较后发现研究比较后发现研究比较后发现n n当随着钢种当随着钢种当随着钢种当随着钢种P Pcmcm增大，启裂区增大，启裂区增大，启裂区增大，启裂区IGIG增多，增多，增多，增多，QCQC减少。减少。减少。减少。n n P Pcmcm对扩展区形态的影响对扩展区形态的影响对扩展区形态的影响对扩展区形态的影响n n随随随随着着着着P Pcmcm增增增增大大大大，扩扩扩扩展展展展区区区区中中中中ICIC比比比比例例例例增增增增加加加加，在在在在P Pcmcm较较较较小小小小时时时时，还还还还可可可可能能能能以以以以韧韧韧韧窝窝窝窝（DRDR）为主。为主。为主。为主。n n P Pcmcm对终端区的形态影响对终端区的形态影响对终端区的形态影响对终端区的形态影响n n 对对对对低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢，冷冷冷冷裂裂裂裂的的的的终终终终端端端端区区区区一一一一般般般般都都都都以以以以DRDR为为为为主主主主。随随随随着着着着P Pcmcm的的的的减减减减少少少少，DRDR更为细化。更为细化。更为细化。更为细化。第22页/共27页含氢量对断口形态的影响含氢量对断口形态的影响含氢量对断口形态的影响含氢量对断口形态的影响n n 随随随随着着着着含含含含氢氢氢氢量量量量的的的的增增增增加加加加，断断断断口口口口形形形形貌貌貌貌将将将将由由由由韧韧韧韧窝窝窝窝向向向向准准准准解解解解理理理理和和和和沿沿沿沿晶晶晶晶发发发发展展展展。因因因因此此此此，随随随随着着着着钢钢钢钢种种种种化化化化学学学学成成成成分分分分和和和和熔熔熔熔敷敷敷敷金金金金属属属属中中中中的的的的含含含含氢氢氢氢量量量量不不不不同同同同，断断断断口口口口形形形形貌貌貌貌也也也也发发发发生生生生了了了了变变变变化化化化，其其其其变变变变化化化化情情情情况况况况如如如如下图所示下图所示下图所示下图所示第23页/共27页一、试件制备一、试件制备一、试件制备一、试件制备n n1 1 1 1、将将将将一一一一定定定定厚厚厚厚度度度度的的的的试试试试样样样样钢钢钢钢板板板板按按按按图图图图1 1 1 1尺尺尺尺寸寸寸寸下下下下料料料料，并按图要求加工坡口。并按图要求加工坡口。并按图要求加工坡口。并按图要求加工坡口。n n2 2 2 2、组组组组对对对对试试试试件件件件焊焊焊焊接接接接拘拘拘拘束束束束焊焊焊焊缝缝缝缝，组组组组对对对对好好好好试试试试件件件件，按按按按图上尺寸留好间隙，并用石笔划好分界线。图上尺寸留好间隙，并用石笔划好分界线。图上尺寸留好间隙，并用石笔划好分界线。图上尺寸留好间隙，并用石笔划好分界线。n n3 3 3 3、焊焊焊焊满满满满固固固固定定定定焊焊焊焊缝缝缝缝，均均均均用用用用J422J422含含含含条条条条，从从从从中中中中间间间间向向向向两两两两边边边边焊焊焊焊，几几几几层层层层不不不不限限限限，焊焊焊焊满满满满为为为为止止止止。但但但但要要要要注注注注意意意意要要要要焊透，不能存在夹渣、未焊透以及角变形。焊透，不能存在夹渣、未焊透以及角变形。焊透，不能存在夹渣、未焊透以及角变形。焊透，不能存在夹渣、未焊透以及角变形。第24页/共27页一、试验步骤一、试验步骤一、试验步骤一、试验步骤P Pcmcmn n1 1、调调调调整整整整焊焊焊焊接接接接规规规规范范范范：4 4焊焊焊焊条条条条，电电电电流流流流170170170170 10101010A A，电电电电压压压压24242424 V V，焊焊焊焊速速速速150150150150 10101010mm/minmm/min，并并并并先先先先在在在在废废废废钢钢钢钢板板板板上上上上试试试试焊焊焊焊以以以以便掌握焊速。便掌握焊速。便掌握焊速。便掌握焊速。n n2 2 2 2、焊焊焊焊接接接接试试试试验验验验焊焊焊焊道道道道，分分分分别别别别用用用用烘烘烘烘干干干干好好好好的的的的J502J502或或或或J507J507焊焊焊焊条，以规定焊速施焊一道。条，以规定焊速施焊一道。条，以规定焊速施焊一道。条，以规定焊速施焊一道。n n3 3 3 3、试件焊后，在室温放置试件焊后，在室温放置试件焊后，在室温放置试件焊后，在室温放置24242424H H后，检查裂缝情况。后，检查裂缝情况。后，检查裂缝情况。后，检查裂缝情况。具体计算情况见前面具体计算情况见前面具体计算情况见前面具体计算情况见前面。第25页/共27页一、试验结果即分析一、试验结果即分析一、试验结果即分析一、试验结果即分析n n1 1 1 1、记记记记录录录录下下下下试试试试验验验验日日日日期期期期、时时时时间间间间、环环环环境境境境温温温温度度度度和和和和湿湿湿湿度度度度；试试试试件件件件钢钢钢钢号号号号及及及及化化化化学学学学成成成成分分分分，试试试试件件件件状状状状态态态态、试试试试件件件件厚厚厚厚度度度度及及及及其其其其轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向；焊焊焊焊前前前前试试试试件件件件温温温温度度度度、焊焊焊焊接接接接电电电电源源源源种种种种类类类类、焊焊焊焊接接接接极极极极性性性性、焊焊焊焊条条条条牌牌牌牌号号号号、焊焊焊焊条条条条直直直直径径径径、焊焊焊焊条条条条的的的的烘烘烘烘干干干干温温温温度度度度和和和和时时时时间间间间，焊焊焊焊接接接接电电电电流流流流、焊焊焊焊接接接接电电电电压压压压和和和和焊焊焊焊接接接接速速速速度度度度；试试试试件件件件开开开开始始始始解解解解刨刨刨刨时时时时间间间间和和和和方方方方法法法法；裂裂裂裂纹纹纹纹长长长长度及其裂纹率。度及其裂纹率。度及其裂纹率。度及其裂纹率。n n2 2 2 2、计算试验焊缝的裂纹率计算试验焊缝的裂纹率计算试验焊缝的裂纹率计算试验焊缝的裂纹率n n3 3 3 3、如如如如果果果果在在在在试试试试验验验验过过过过程程程程中中中中裂裂裂裂纹纹纹纹率率率率指指指指标标标标超超超超过过过过了了了了标标标标准准准准，应应应应采采采采取什么措施加以防治，为什么？取什么措施加以防治，为什么？取什么措施加以防治，为什么？取什么措施加以防治，为什么？n n 第26页/共27页