熔焊原理-应力腐蚀裂纹
焊接裂纹产生的原因
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。
1-5应力腐蚀开裂
1-5 应力腐蚀开裂概述因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂称腐蚀破裂。
金属材料的腐蚀有多种，按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀介质可分为：氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等；按腐蚀部位和破坏现象，可分为：均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
金属材料在特定腐蚀环境下，受拉应力共同作用时所产生的延迟开裂现象，称为“应力腐蚀开裂”。
应力腐蚀开裂属于环境敏感断裂范畴。
并非任何环境都会产生应力腐蚀开裂，应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程，一定的金属材料只在某一特定的腐蚀环境中才会产生应力腐蚀开裂。
有拉伸应力存在，是应力腐蚀开裂的先决条件，焊接剩余拉应力有着极为重要的影响！在锅炉压力容器部件的腐蚀中，应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种！已成为工业（特别是石油化工）中越来越突出的问题（参见：化工设备损伤事例统计表），石油化工焊接结构的破坏事故中，约有半数为应力腐蚀开裂。
化工设备（低于300ºC）损伤事例统计表①包括腐蚀疲劳开裂，一般约占8% 。
因此，必须从结构设计及施工制造方面考虑洚低剩余拉应力，以提高结构的抗应力腐蚀开裂性能。
当然，还应从生产管理方面考虑降低介质的腐蚀作用。
本节主要是了解应力腐蚀开裂的特征，以防止、控制应力腐蚀开裂。
一. 应力腐蚀开裂特征：1. 应力腐蚀开裂条件：（1）合金----纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。
极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。
各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。
（2）拉应力-----引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏（不管拉应力多么小，只要能引起变形滑移，即可促使产生应力腐蚀开裂）。
应力既可由载荷引起，也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。
（3）腐蚀性介质----产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系，即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。
熔焊原理-第五章
第五章一、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。
按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：1、热裂纹产生：在焊接时高温下产生。
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。
热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。
2、再热裂纹产生：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。
特征：多发生的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。
再热裂纹的敏感温度，视钢种的不同约550～650℃。
3、冷裂纹产生：温度区间在+100℃～-75℃之间。
特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。
微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。
冷裂纹又分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）、低塑性脆化裂纹等三类。
4、层状撕裂产生：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。
特征：它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃；常发生在厚壁结构的T型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。
5、应力腐蚀裂纹产生：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。
特征：形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。
从端口来看，为典型的脆性断口。
二、焊接结晶裂纹的形成过程及条件是什么？1、过程：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。
2、条件：必要条件是拉伸应力。
焊缝在脆性温度区间所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性，或者说焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量()s e∆小于零时就会产生结晶裂纹。
5.6 焊接裂纹-应力腐蚀裂纹
三、产生应力腐蚀裂纹的机理
（一）应力腐蚀产生的条件 （1）材料与腐蚀介质的匹配 纯金属不会产生SCC，金属中必须含有不同电极电 纯金属不会产生SCC，金属中必须含有不同电极电 位的组织。 材料必须在匹配的腐蚀条件下：如低碳钢在NaOH， 材料必须在匹配的腐蚀条件下：如低碳钢在NaOH， 硝酸盐溶液，海水中容易腐蚀；奥氏体不锈钢在氯 化物水溶液、海水、海洋气氛等容易腐蚀。 腐蚀介质较弱，腐蚀膜不太稳定时，容易出现SCC。 腐蚀介质较弱，腐蚀膜不太稳定时，容易出现SCC。 （2）拉应力是产生SCC的先决条件，特别是应力约等 ）拉应力是产生SCC的先决条件，特别是应力约等 于屈服应力时，更容易引发SCC。 于屈服应力时，更容易引发SCC。
四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治
（一）组装 组装对产品质量的影响很大，强制组装会产生很大 的残余应力，另外，在组装过程中更应避免各种伤 痕，如拉筋、Ⅱ 痕，如拉筋、Ⅱ型铁、支柱、夹具等所留下的痕迹， 以及打弧时的烧痕，都应用砂轮磨去，否则就可能 是SCC的起源。 SCC的起源。 （二）焊接材料选择 尽管母材的抗SCC的能力很强，但选用的焊接材料 尽管母材的抗SCC的能力很强，但选用的焊接材料 不当，同样会使构件产生SCC。 不当，同样会使构件产生SCC。
（三）焊接工艺 制定合理的焊接工艺规程，如焊接线能量、焊接顺 序和坡口的形式及变形的控制等。前者是防止焊接 热影响区硬化和晶粒粗大，而后者是防止主生过大 的残余应力和应力集中等。 制定焊接工艺时，应满足两方面的不同要求，既防 止淬硬（过小的焊接线能量），也要防止晶粒严重 长大（线能量过大）。如采用多层焊接，对防止 SCC是有利的。 SCC是有利的。 对于奥氏体不锈钢，因无淬硬问题，主要是防止晶 粒长大（适于采用小的焊接线能量）。
焊接结构的应力腐蚀
微观腐蚀电池作用的结果。因加热过程中晶界上大量析出
，使靠近晶界的区域含铬量大幅度下降，两者电位的差异
构成了无数微电池，使晶界区发生选择性溶解，形成晶间
腐蚀。当金属表面上有氧化膜保护或镀层时，若氧化膜或
镀层有孔隙或小破损，在电解介质中同样构成微观电池而
发生腐蚀。
二、断裂及腐蚀的几个概念
❖ 在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料屈服强度，但 服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种与时间有关的低应力脆
第六章 应力腐蚀撕裂(SCC)
一、应力腐蚀简介 Stress Corrosion
Cracking
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。
应力腐蚀裂纹已成为工业中尤其是石油工业中最突出的问题 ，日本1965～1975十年间化工设备破坏事故统计有50%属于应力 腐蚀开裂，应力腐蚀裂纹造成危害极大。焊接结构用的许多材 料对应力腐蚀都很敏感，如锅炉钢的碱脆、低碳钢的硝脆、奥 氏体不锈钢的氯脆等。这种破坏涉及到国防、石油、化工、电 力、运输、海洋开发和原子能等工业部门的腐蚀失效问题
• (7)应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。但不要形成绝对 化的概念，应力腐蚀裂纹并不总是分枝的。
• (8)应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间 断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂 纹有似人字形或羽毛状的标记。
• 应力腐蚀裂纹产生的三个基本条件: • ◆敏感材料、 ◆特定环境、◆拉伸应力 . • (1)从金到钛、锆，几乎所有金属的合金在
• (4)应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10-9-10-6m/s，有点象 疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某 一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发 生断裂。
焊接裂纹的分类
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。
焊接冶金学基本原理要点归纳总计
焊接冶金学基本原理绪论1)焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。
2)焊接、钎焊和粘焊本质上的区别:焊接：母材与焊接材料均熔化，且二者之间形成共同的晶粒；钎焊：只有钎料熔化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同晶粒，只有在母材和钎料之间形成有相互原子渗透的机械结合；粘焊：既没有原子的相互渗透而形成共同的晶粒也没有原子间的扩散，只是靠粘接剂与母材的粘接作用。
3)熔化焊热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。
压力焊和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。
4)焊接加热区：可分为活性斑点区和加热斑点区5)焊接温度场：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为焊接温度场。
表示方法：等温线或者等温面。
特点：焊接时焊件上各点的温度在每一瞬时都在有规律的变化。
影响因素：（1）热源的性质；（2）焊接线能量；（3）被焊金属的热物理性质；<热导率，比热容容积比热容，热扩散率，热焓，表面散热系数>;（4）焊件的板厚和形状。
6)稳定温度场：当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之7)准稳定温度场：恒定功率的热源作用在焊件上做匀速直线运动时，经过一段时间后，焊。
，件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随着热源以同样速度移动。
8)焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。
9）焊接热传递的三种形式：传导、对流和辐射。
由热源传热给焊件的热量以辐射和对流为主，而母材和焊丝获得热能后热的传播以传导为主。
10）焊接线能量：热源功率q与焊接速度v的比值。
热输入：在单位时间内，在单位长度上输入的热能。
第一章焊接化学冶金1）平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。
平均熔敷速度：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔敷速度。
(真正反应焊接质量的指标)损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。
焊缝裂纹的原因
有时候我发现焊道会有裂纹，这是怎么产生的，如何解决这问题？裂纹焊缝中原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。
A、.裂纹的分类根据裂纹尺寸大小,分为三类:(1)宏观裂纹:肉眼可见的裂纹。
(2)微观裂纹:在显微镜下才能发现。
(3)超显微裂纹:在高倍数显微镜下才能发现,一般指晶间裂纹和晶内裂纹。
从产生温度上看,裂纹分为两类:(1)热裂纹:产生于Ac3线附近的裂纹。
一般是焊接完毕即出现,又称结晶裂纹。
这种二裂纹主要发生在晶界,裂纹面上有氧化色彩,失去金属光泽。
(2)冷裂纹:指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹,一般是在焊后一段时间(几小时,几天甚至更长)才出现,故又称延迟裂纹。
按裂纹产生的原因分,又可把裂纹分为:(1)再热裂纹:接头冷却后再加热至500~700℃时产生的裂纹。
再热裂纹产生于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属)的焊接热影响区内的粗晶区,一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展,呈晶间开裂特征。
（2）层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中,将硫化物(MnS)、硅酸盐类等杂质夹在其中,形成各向异性。
在焊接应力或外拘束应力的使用下,金属沿轧制方向的杂物开裂。
(3)应力腐蚀裂纹:在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。
除残余应力或拘束应力的因素外,应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。
B、.裂纹的危害裂纹,尤其是冷裂纹,带来的危害是灾难性的。
世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理,选材不当的原因引起的以外,绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。
C、.热裂纹(结晶裂纹)(1)结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期,敏感温度区大致在固相线附近的高温区,最常见的热裂纹是结晶裂纹,其生成原因是在焊缝金属凝固过程中,结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界,形成所谓"液态薄膜",在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间,其强度极小,由于焊缝凝固收缩而受到拉应力,最终开裂形成裂纹。
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5.6 应力腐蚀裂纹
HEC和APC应力腐蚀过程
5.6 应力腐蚀裂纹
机械破裂应力腐蚀开裂机理
1）孕育期 应力作用下将产生不同程度的塑性变形，这种 塑性变形将会产生“滑移台阶”，形成局部性的最初腐蚀裂 口，造成拉应力集中，局部产生滑移阶梯、导致保护膜破坏。
5.6 应力腐蚀裂纹
2）发展阶段 腐蚀裂口在拉应力与介质的共同作用下沿着垂直拉应 力方向纵深发展，呈枯干树枝或根须，且逐步出现分 支。若应力因素占优势，某一裂口优先发展；若腐蚀 因素占优势，则可能同时几条裂口平行地发展。
3）溃裂阶段 发展的最快的裂纹的最终崩溃性的发展，是拉应力局部 越来越大的累积结果，最终破坏是力的因素起主要作用。
5.6 应力腐蚀裂纹
应力腐蚀裂纹的扩展
5.6 应力腐蚀裂纹
影响因素及防治措施 组装 焊接材料选择 焊接工艺 焊后消除应力处理 表面改质
应力腐蚀裂纹的防止措施
应力腐蚀的形成必须同时具有三个因素的综合作用, 即材质、腐蚀介质和临界拉应力。因此，应从三方面 的影响因素着手，从产品结构设计、安装施工到生产 管理各个环节采取相应措施。
材质： 采用双相不锈钢材料； 选择与母材的化学成分和组织基本一致的焊材(等 成分原则)。
介质： 在介质中加缓蚀剂； 采用表面处理技术，在构件表面制备牺牲阳极涂层 或物理隔离涂层。
应力： 焊接过程中选择合理的接头形式，减小残余应力； 正确的焊接顺序； 合适的热输入； 焊后可以进行进行消除应力处理。
熔L焊O原G理O
5.6 应力腐蚀裂纹
5.6 应力腐蚀裂纹
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。
应力腐蚀裂纹的主要特征 1、形貌： 外观：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。 从横断面看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深 方向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支。 从断口看：仍保持金属光泽，为典型脆性断口。
5.6 应力腐蚀裂纹
应力腐蚀裂纹
5.6 应力腐蚀裂纹
2、材质与介质的匹配 纯金属不产生应力腐蚀裂纹，凡是合金即使含有
微量元素的合金，在特定的腐蚀环境中都有一定的 应力腐蚀开裂倾向。但并不是说，任何合金蚀环境中才产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀开裂温度:易产生在100～300℃之间
5.6 应力腐蚀裂纹
3、应力腐蚀开裂的临界应力 拉伸应力的存在是产生应力腐蚀开裂的必要条件， 造成应力腐蚀开裂的应力主要是残余应力。
形成三要素： ①材质 ②腐蚀介质 ③临界拉应力
5.6 应力腐蚀裂纹
应力腐蚀裂纹的形成机理 电化学应力裂机理
从电化学考虑，把应力腐蚀裂纹分为两大类： ①应力阳极溶解开裂(APC) ②应力阴极氢脆开裂(HEC)