焊接裂紋成因分析及其防治措施

焊接裂紋成因分析及其防治方法1、焊接裂紋的現(xiàn)象在焊縫或近縫區(qū)，由于焊接的影響，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為焊接裂縫，它含有缺口鋒利和長(zhǎng)寬比大的特性。按產(chǎn)生時(shí)的溫度和時(shí)間的不同，裂紋可分為：熱裂紋、冷裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋和層狀撕裂。在焊接生產(chǎn)中，裂紋產(chǎn)生的部位有諸多。有的裂紋出現(xiàn)在焊縫表面，肉眼就能觀察到；有的隱藏在焊縫內(nèi)部，通過(guò)探傷檢查才干發(fā)現(xiàn)；有的產(chǎn)生在焊縫上；有的則產(chǎn)生在熱影響區(qū)內(nèi)。值得注意的是，裂紋有時(shí)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生，有時(shí)在焊件焊后放置或運(yùn)行一段時(shí)間之后才出現(xiàn)，后一種稱為延遲裂紋，這種裂紋的危害性更為嚴(yán)重。常見(jiàn)裂紋的發(fā)生部位與型態(tài)以下圖所示。常見(jiàn)裂紋的發(fā)生部位與型態(tài)2、焊接裂紋的危害焊接裂縫是一種危害最大的缺點(diǎn)，除了減少焊接接頭的承載能力，還因裂縫末端的鋒利缺口將引發(fā)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，促使裂縫擴(kuò)展，最后會(huì)造成焊接構(gòu)造的破壞，使產(chǎn)品報(bào)廢，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的事故。普通，在焊接接頭中，裂縫是一種不允許存在的缺點(diǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)即應(yīng)徹底去除，進(jìn)行返修焊接。3、焊接裂紋的產(chǎn)生因素及防治方法由于不同裂縫的產(chǎn)生因素和形成機(jī)理不同，下面就熱裂縫、冷裂縫和再熱裂縫三類分別予以討論3.1、熱裂紋熱裂縫普通是指高溫下（從凝固溫度范疇附近至鐵碳平衡圖上的A3線以上溫度）以下圖所示所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂縫或結(jié)晶裂縫。熱裂縫普通在焊縫內(nèi)產(chǎn)生，有時(shí)也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，如圖所示。因素：由于焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過(guò)程中以液態(tài)間層存在形成偏析，凝固后來(lái)強(qiáng)度也較低，當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時(shí)，就會(huì)將液態(tài)間層或剛凝固很快的固態(tài)金屬拉開(kāi)形成裂縫。另外，如果母材的晶界上也存在有低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，則在加熱溫度超出其熔點(diǎn)的熱影響區(qū)，這些低熔點(diǎn)化合物將熔化而形成液態(tài)間層，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí)，也會(huì)被拉開(kāi)而形成熱影響區(qū)液化裂縫。總之，熱裂縫的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素綜合作用的成果。防治方法：避免產(chǎn)生熱裂縫的方法，能夠從冶金因素和力學(xué)因素兩個(gè)方面入手。1）控制母材及焊材有害元素、雜質(zhì)含量限制母材及焊接材料（涉及焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體）中易偏析元素及有害雜質(zhì)的含量。特別應(yīng)控制硫、磷等雜質(zhì)元素的含量和減少含碳量。硫幾乎不溶于鋼，它與鐵生成低熔點(diǎn)的硫化鐵（FeS）。焊接時(shí)，硫化鐵的存在會(huì)造成焊縫熱裂和在熱影響區(qū)出現(xiàn)液化裂縫，使焊接性能變壞；同對(duì)硫以薄膜形式存在于晶界，會(huì)使鋼的塑性和韌性下降。普通用于焊接的鋼材中硫含量應(yīng)不不不大于0.045%。有時(shí)還需要更嚴(yán)格的控制。磷會(huì)使鋼的塑性和韌性下降，提髙鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，并使焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂縫。磷含量應(yīng)不不不大于0.055%。有時(shí)還需要更嚴(yán)格的控制.材料的焊接性能與含碳量親密有關(guān)。鋼材含碳量越髙，焊接性能變差。普通認(rèn)為，焊縫中碳含量控制在0.10%下列，熱裂縫敏感性可大大減少。調(diào)節(jié)焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點(diǎn)共晶的有害影響。例如焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，采用奧氏體加鐵素體的雙相組織焊縫，能夠提高其抗熱裂性能。而單相奧氏體組織的焊縫，則容易產(chǎn)生熱裂紋。采用堿性焊條或焊劑，以減少焊縫中的雜質(zhì)含量，改善結(jié)晶時(shí)的偏析程度?？刂坪附右?guī)范，適宜提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊法，避免中心線偏析，可避免中心線裂縫，焊接時(shí)，單道焊縫截面上焊縫寬度與焊縫厚度的比值叫焊縫的形狀系數(shù)或焊縫成形系數(shù)。當(dāng)焊縫的形狀系數(shù)過(guò)小時(shí)，焊縫窄而深，低熔點(diǎn)雜質(zhì)會(huì)聚集在焊縫中心，產(chǎn)生熱裂縫的可能性大大增加，當(dāng)焊縫的形狀系數(shù)較大時(shí)，焊縫寬而淺，低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)聚集在焊縫近表面區(qū)，大大減少了中心線裂縫的傾向。5）采用減少焊接應(yīng)力工藝方法采用多個(gè)減少焊接應(yīng)力的工藝方法，如采用合理的焊接次序和辦法、釆用較小的焊接線能量、整體預(yù)熱和錘擊法等。6）收弧時(shí)填滿弧坑，可避免產(chǎn)生弧坑裂縫。3.2、冷裂紋冷裂縫普通是指焊縫在冷卻過(guò)程中至A3溫度下列所產(chǎn)生裂縫。形成裂縫的溫度普通為300~200℃下列，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范疇內(nèi)，故稱冷裂縫。冷裂縫能夠在焊接后立刻出現(xiàn)，也能夠在焊接后來(lái)的較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生，故也稱為延遲裂縫。由于冷裂縫的產(chǎn)生與氫有關(guān)，也稱氫致裂縫。冷裂縫的產(chǎn)生含有延遲性質(zhì)，有可能造成預(yù)料不到的嚴(yán)重事故。因此，它含有更大的危險(xiǎn)性，必須充足重視。冷裂紋產(chǎn)生因素形成冷裂縫的基本條件是：焊接接頭形成淬硬組織；擴(kuò)散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應(yīng)力。這三個(gè)條件互相影響，互相增進(jìn)。在不同狀況下，三者中任何一種因素都可能造成冷裂紋的產(chǎn)生，其中擴(kuò)散氫是誘發(fā)冷裂縫的最活躍的因素。冷裂紋防治方法1）采用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中的擴(kuò)散氫含量。堿性焊條又稱低氫焊條，能減少焊縫金厲中的含氫量。2）焊條和焊劑在使用之前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的規(guī)定進(jìn)行烘干。另外，還應(yīng)認(rèn)真清理坡口和焊絲，去除油污、水份和銹斑等贓物，以減少氫的來(lái)源。3）選擇合理的焊接規(guī)范和線能量，如焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后緩冷等，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)。4）焊后及時(shí)進(jìn)行熱解決。一是進(jìn)行退火解決，以消除內(nèi)應(yīng)力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫解決，使氫從焊接接頭中充足逸出。5）提髙鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀?yuàn)A雜物，從構(gòu)造設(shè)計(jì)和焊接工藝方面采用方法減小板厚方向上的焊接拉應(yīng)力，可避免層狀撕裂。6）采用減少焊接應(yīng)力的多個(gè)工藝方法（詳見(jiàn)熱裂縫，避免方法）3.3、再熱裂紋再熱裂縫來(lái)源于焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，含有晶界斷裂的特性。裂縫大多發(fā)生在應(yīng)力集中部位。普通在焊縫區(qū)域再次受到加熱時(shí)形成，故稱再熱裂縫。再熱裂紋產(chǎn)生因素產(chǎn)生再熱裂縫的因素，普通認(rèn)為是在再加熱時(shí)，在第一次熱過(guò)程中過(guò)飽和固溶的碳化物（重要是釩、鉬的碳化物）再次析出，造成晶內(nèi)強(qiáng)化，使滑移應(yīng)變集中于原先的奧氏體晶界。當(dāng)晶界的塑性應(yīng)變能力局限性以承受松弛應(yīng)力過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)，就形成再熱裂縫。再熱裂紋防治方法1）減小殘存應(yīng)力和應(yīng)力集中，如提高預(yù)熱溫度、焊