5.5 焊接裂纹-层状撕裂

第五节层状撕裂一、层状撕裂的特征及其危害性大型厚壁结构，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。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。层状撕裂的产生与钢种强度级别无关，主要与钢中的夹杂量及分布形态有关。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，2．Z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，三、层状撕裂的判据（一）Z向拉伸断面收缩率ψZ为判据（二）插销Z向应力为判据四、防止层状撕裂的措施（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。