层状撕裂
16页1、,主要内容,概念,概念,概念,预防措施,产生原因,概念,概念,常见形貌特征,概念,概念,大型厚壁结构,在焊接过程中会沿钢板的厚度方面出现较大的拉伸应力,如果钢中有较多的夹杂,那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹,一般称为层状撕裂。,一、层状撕裂的特征及其危害性,层状撕裂是一种内部沿轧向的应力开裂,它的特征是呈阶梯状,这是其他裂纹所没有的。 层状撕裂常出现在T形接头、角接头和十字接头中。,根据层状撕裂产生的位置大体可分三类: (1)在焊接热影响区焊趾或焊根处由冷裂纹而诱发现成的层状撕裂; (2)在焊接热影响区沿夹杂开裂,是工程上最常见的层状撕裂; (3)远离热影响区母材中沿夹杂开裂,这种情况多出现在有较多MS的片状夹杂的厚板结构中。 层状撕裂主要发生在低合金高强钢的厚板焊接结构中,多用于海洋采油平台、核反应堆压力容器及潜艇外壳等重要结构。,二、层状撕裂的形成机理及其影响因素,(一)层状撕裂的形成机理 厚板结构焊接时,特别是T形和角接接头,在强制拘束的条件下,焊缝收缩时会在母材厚度方向产生很大的拉伸应力和应变,当应变超过母材金属的塑性变形能力时(沿板厚方向),夹杂物与金属基体之间就会发生
2、分离而产生微裂,在应力的继续作用下,裂纹尖端沿着夹杂所在平面进行扩展,就形成的所谓“平台”。,(二)影响层状撕裂的因素 1非金属夹杂物的种类、数量和分布形态它是产生层状撕裂的基本原因,是造成钢的各向异性、力学性能差异的内在因素。钢中夹杂物一般常见的有硫化物、各种硅酸盐和铝酸盐等。 2Z向拘束应力 厚壁结构在焊接过程中承受不同程度的Z向拘束应力,同时还不焊后的残余应力及负载,它们是造成层状撕裂的力学条件。 3氢的影响 在焊接热影响区附近,由冷裂诱发成为层状撕裂中氢是一个重要的影响因素。,常见形貌特征,宏观形态,(A) (D)比较典型, 也常见,(E)是产生在自动焊对接接头的一种撕裂, 又称为热撕裂或液化开裂。,显微断口,右上图是一种由平台直壁平台组成的阶梯状断裂面 裂缝平台区平坦, 边界清晰, 几乎看不到塑性变形, 是片状夹杂物与基体在拉伸应力作用下形成的一种解理面, 平台之间被山脊状撕裂棱所间隔。因此认为, 层状撕裂是低延性准解理断裂, 见右下图。,产生原因,层状撕裂的产生与钢种强度级别无关,主要与钢种夹杂物量和分布形态有关。 在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物,其中尤以硫化物的作用为主,在轧制过程中被延展成片状,分布在与表面平行的各层中,在垂直于厚度方向的焊接应力作用下,夹杂物首先开裂并扩展,以后这种开裂在各层之间相继发生,连成一体,造成层次撕裂的阶梯性。,HAZ:热影响区域,预防措施,(一)选用具有抗层状撕裂的钢材,降低钢中夹杂物的含量和控制夹杂物的形态,来提高钢板厚向的塑性是有效的。 (二)设计和工艺上的措施 在设计和施工工艺上主要是避免Z向应力和应力集中,具体措施如下: (1)应尽量避免单侧焊缝,改用双侧焊缝,这样可以缓和焊缝根部的应力状态,并防止应力集中。,(2)在强度允许的情况下,尽量采用焊接量少的对称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝,以避免产生过大的应力。 (3)应在承受Z向应力的一侧开坡口。 (4)对于T形接头,可在横板上预先堆焊一层低强的熔敷金属,以防止焊根出现裂纹,同时亦可缓和横板的Z向应力。 (5)为防止由冷裂引起的层状撕裂,应尽量采用一些防止冷裂的措施,如降低氢量、适当提高预热、控制层间温度等。,例如 作用于收缩方向上的焊缝厚度aD尽可能低,焊缝连接基础应尽可能大,Thank you,
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