焊接接头中热裂纹产生原因、措施及方法.docx

1、1、焊 接 接 头 中 裂 纹 的 种 类 很 多结 晶 裂 纹:焊 接 熔 池 凝 固 结 晶 时,在 液 相 与 固 相 并 存 的温 度 区 间,由 于 结 晶 偏 析 和 收 缩 应 力 应 变 的 作 用,焊 缝 金 属沿 一 次 结 晶 晶 界 形 成 的 裂 纹。此 类 裂 纹 只 发 生 在 焊 缝 中(包括 弧 坑)。液 化 裂 纹:焊 接 过 程 中,在 焊 接 热 循 环 峰 值 温 度 作 用 下,在 多 层 焊 缝 的 层 间 金 属 与 母 材 近 缝 区 金 属 中,由 于 晶 间 金属/受 热 重 新 熔 化,在 一 定 的 收 缩 应 力 作 用 下,沿 奥

2、氏 体 晶 界开 裂 的 现 象,有 的 文 献 称 为“热 撕 裂”。高 温 低 塑 性 裂 纹:在 液 相 结 晶 完 成 以 后,焊 接 接 头 金 属从 材 料 的 塑 性 恢 复 温 度 开 始 冷 却,对 于 某 些 特 殊 的 材 料,当冷 却 到 一 定 的 温 度 范 围 时,由 于 应 变 速 率 和 某 些 冶 金 因 素的 相 互 作 用,引 起 塑 性 下 降,导 致 焊 接 接 头 金 属 沿 晶 界 开 裂。一 般 发 生 在 比 液 化 裂 纹 的 部 位 距 熔 合 线 更 远 一 些 的 热 影 响区。再 热 裂 纹:焊 接 后,在 消 除 残 余 应 力

3、热 处 理 或 不 经 任 何热 处 理 的 焊 件,处 于 一 定 温 度 下 服 役 的 过 程 中,在 一 定 条 件下 产 生 的 沿 奥 氏 体 晶 界 发 展 的 裂 纹。事 实 上 再 热 裂 纹 是 低合 金 高 强 钢 焊 接 性 要 解 决 的 主 要 问 题 之 一,特 别 是 某 些 含有 较 多 碳 化 物 形 成 元 素 如Cr,Mo,V,并 可 产 生 沉 淀 碳 化 物的 低 合 金 高 强 钢 和 热 强 钢 厚 板 焊 缝 中,往 往 就 会 在 焊 后 消除 应 力 热 处 理 过 程 中 产 生 再 热 裂 纹,处 理 这 些 缺 陷 既 费 工又 费

4、时,对 生 产 带 来 很 大 影 响。下 面 就 再 热 裂 纹 的 形 成 机 理和 制 造 过 程 中 的 预 防 措 施 及 检 验 方 法 进 行 简 析。2、再 热 裂 纹 的 机 理再 热 裂 纹 的 形 成,简 单 来 说 就 是 晶 内 由 于 强 化 强 度 很 大而 晶 界 强 度 较 弱,在 焊 后 热 处 理 时,应 力 松 弛 时 的 形 变 集 中加 在 了 晶 界 上,一 旦 晶 界 应 变 超 出 了 晶 界 的 强 度 极 限 时,会导 致 沿 晶 界 开 裂 产 生 裂 纹。(1)再 热 裂 纹 形 成 的 内 因焊 接 时,熔 合 线 附 近 的 热 影

5、 响 区 被 加 热 到 1200 左 右,尤 其 是 厚 板 多 次 被 加 热 后,晶 粒 粗 大,而 在 冷 却 时 强 碳 化 物析 出 较 慢,同 样 在 埋 弧 焊 时,由 于 线 能 量 较 大,焊 缝 中 间 的 晶粒 也 较 粗 大,在 随 后 的 SR 处 理(480 680)过 程 中,碳 化 物(V4C3、NbC、MoC 等)在 晶 内 弥 散 沉 淀,从 而 强 化 了 晶 内(晶内 热 强 性 好),使 热 处 理 时,应 力 松 弛 时 的 应 变 集 中 加 载 在 晶界 上;晶 粒 粗 大,使 承 载 应 变 的 晶 界 数 锐 减,同 样 应 变 单 位 晶

6、界 应 变 量 大 大 增 加;另 外,在 焊 后 SR 处 理 时,低 熔 点 杂 质 及 B、Sb、Sn、As 等 微 量 元 素 偏 析 于 晶 界,减 弱 了 晶 界 的 塑 性,应变 超 过 晶 界 的 塑 性 极 限 就 形 成 开 裂。(2)再 热 裂 纹 形 成 的 外 因上 面 简 述 了 再 热 裂 纹 的 内 因,但 要 产 生 再 热 裂 纹 还 需 要外 因 的 存 在,外 因 的 产 生 应 该 从 焊 接 残 余 应 力 和 膨 胀 应 力两 个 部 分 来 考 虑。焊 后 消 应 力 热 处 理 时,焊 接 残 余 应 力 通 过 松 弛 蠕 变 变形 得 以 降 低,当 材 料 的 变 形 难 以 满 足 这 种 变 形 要 求 时,就 会产 生 裂 纹。在 焊 接 区,低 熔 点 化 合 物、偏 析 及 粗 晶 脆 化 区 的存 在,由 于 晶 界 强 度、韧 性 不 足,不 能 抵 抗 蠕 变 膨 胀 变 形 而 产生 裂 纹 失 效。蠕 变 变 形,实 际 上 是 一 个 受 热 膨 胀 的 过 程,在 这 个 过 程中 是 产 生 膨 胀 拉