{焊接裂紋產(chǎn)生原因及預(yù)防措施}（20180803）

時(shí)間：2018-08-03作者：清河縣漢龍焊接材料有限公司瀏覽：213

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             {焊接裂紋產(chǎn)生原因及預(yù)防措施}（20180803）




     隨著鋼鐵、石油化工、電力等工業(yè)的發(fā)展，在焊接結(jié)構(gòu)方面都取向大型化、大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展，有的還在低溫、深冷、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作，因此，各種低合金、高強(qiáng)鋼、中高合金鋼、**高強(qiáng)鋼，以及各種合金材料的應(yīng)用日益廣泛。



但是隨著這些鋼種和合金材料的應(yīng)用，在焊接生產(chǎn)上帶來(lái)了許多新問(wèn)題，其中較為普遍而又十分嚴(yán)重的就是焊接熱裂紋， 它是引起焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞事故的主要原因。


為了能有效的減少由于焊接熱裂紋引起的事故，很有必要對(duì)焊接熱裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并制定出防止產(chǎn)生裂紋的措施。




一、焊接熱裂紋的分類熱裂紋又可分為：結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋、多邊化裂紋。在這里將對(duì)常見(jiàn)的結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋、多邊化裂紋進(jìn)行討論、分析。




二、焊接熱裂紋形成機(jī)理與影響條件


結(jié)晶裂紋形成機(jī)理與影響條件


結(jié)晶裂紋形成機(jī)理焊縫在結(jié)晶過(guò)程中先結(jié)晶的金屬較純，后結(jié)晶的金屬雜質(zhì)較多，并富集在晶界，這些雜質(zhì)所形成的共晶都具有較低的熔點(diǎn)。


低熔點(diǎn)共晶被排擠在柱狀晶體交遇的中心部位，形成一種所謂《液態(tài)薄膜》，此時(shí)由于收縮而受到了拉伸應(yīng)力，這時(shí)焊縫中的液態(tài)薄膜就成了薄弱地帶，在拉伸應(yīng)力的作用下就有可能在這個(gè)薄弱地帶開(kāi)裂而形成結(jié)晶裂紋。結(jié)晶裂紋多發(fā)生在焊縫中樹(shù)枝狀晶的交界處。


影響結(jié)晶裂紋的因素


冶金因素的影響


結(jié)晶裂紋的冶金因素主要是合金狀態(tài)圖的類型、化學(xué)成分和結(jié)晶組織形態(tài)，隨著合金狀態(tài)圖結(jié)晶溫度區(qū)間的增大，結(jié)晶裂紋的傾向也增大。


合金元素的影響


合金元素對(duì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響十分復(fù)雜，但又非常重要，是影響裂紋較本質(zhì)的因素。多種合金元素的相互影響，往往比單一元素復(fù)雜的多。如在碳鋼和低合金鋼中，硫磷都會(huì)增高結(jié)晶裂紋的傾向，即便是微量存在也會(huì)使結(jié)晶區(qū)間大為增加。鋼中的碳元素是影響結(jié)晶裂紋的主要元素，并能加劇其他元素的有害作用，如硫、磷等元素。


一次結(jié)晶組織形態(tài)的影響


焊縫在結(jié)晶后，晶粒的大小、形態(tài)和方向以及析出的初生相等對(duì)抗裂性都有很大的影響，一般來(lái)說(shuō)晶粒越粗大，越易產(chǎn)生裂紋，柱狀晶的方向越明顯，則產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向就越大。


液化裂紋形成機(jī)理與影響因素


液化裂紋形成機(jī)理液化裂紋是一種沿奧氏體晶界開(kāi)裂的微裂紋，一般認(rèn)為是由于焊接時(shí)近縫區(qū)金屬或焊縫層面間金屬，在高溫下低熔點(diǎn)共晶組成物被重新熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下，沿奧氏體晶面開(kāi)裂而形成的裂紋。


另外，在不平衡的加熱和冷卻條件下，由于金屬間化合物分解和元素的擴(kuò)散，造成了局部地區(qū)共晶成分偏高而發(fā)生局部晶間液化，同樣也會(huì)產(chǎn)生液化裂紋。


液化裂紋的影響因素液化裂紋的形成機(jī)理與結(jié)晶裂紋基本一致，因此，影響因素也大致相同，也是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。冶金因素的影響與結(jié)晶裂紋影響因素一致。


從工藝因素影響來(lái)看，其中焊接線能量對(duì)液化裂紋有很大的影響，線能量越大，由于輸入的熱量多，晶界低熔相的熔化就越嚴(yán)重，晶界處于液態(tài)的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此液化裂紋的傾向也就越大。


另外，由于許多薄層焊道組成的焊縫，比幾個(gè)厚焊層組成的焊縫的總應(yīng)力低，因此，線能量的增加，不僅能促使晶界液化，而且也增加了焊縫的應(yīng)力，使液化裂紋傾向增大。熔池的形狀與產(chǎn)生液化裂紋有關(guān)，如焊縫的斷面呈明顯的倒草帽形，該處易產(chǎn)生液化裂紋。


多邊化裂紋形成機(jī)理與影響因素


多邊化裂紋形成機(jī)理多邊化裂紋多數(shù)是在焊縫中產(chǎn)生，它是在結(jié)晶*已凝的固相晶粒中萌生出大量的晶格缺陷，并且在快速的冷卻條件下，由于不易擴(kuò)散，它們以過(guò)飽和狀態(tài)保留于焊縫金屬中，在一定溫度和應(yīng)力的條件下，晶格缺陷由高能部位向低能部位轉(zhuǎn)化，即發(fā)生移動(dòng)和聚集，從而形成二次邊界，即所謂的“多邊化邊界”。


另外，母材熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)的作用下，由于熱應(yīng)變，金屬中的畸變能增加，同樣也會(huì)形成多邊化邊界。這種多邊化的邊界，一般情況下并不與一次晶界重合，在焊接后的冷卻過(guò)程中，由于熱塑性降低，導(dǎo)致沿多邊化的邊界產(chǎn)生裂紋。


多邊化裂紋的影響因素


合金成分的影響


由分析可知，多邊化所需的激活能越高，則晶格缺陷的移動(dòng)和聚集就越慢，形成多邊化的時(shí)間就越大，因此，焊縫金屬中元素激活能量越低，就越容易產(chǎn)生多邊化裂紋。


溫度的影響


在形成多邊化過(guò)程中，溫度越高，所需時(shí)間就越短，因此，就會(huì)增加形成多邊化裂紋的傾向。




三、焊接熱裂紋防止措施


防止熱裂紋的措施由于焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響因素很多，因此，應(yīng)抓住不同情況下產(chǎn)生裂紋的主要矛盾，根據(jù)大量的生產(chǎn)實(shí)踐和研究所得，防止焊接結(jié)晶裂紋可以從以下兩個(gè)方面著手。


冶金方面


控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量，它們不僅能形成低熔共晶，而且還能促使偏析，因此，這些元素將會(huì)大大增加裂紋的敏感性，因此盡可能的限制母材和焊接材料中的硫、磷、碳的含量。


根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：s、p都應(yīng)小于0.03~0.04%，用于低碳鋼和低合金鋼的焊絲含碳量一般不**過(guò)0.12%，焊接高合金鋼時(shí)要求較高，硫、磷含量必須控制在0.02%以下。對(duì)重要的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用堿性焊條或焊劑，能有效地控制有害雜質(zhì)，防止結(jié)晶裂紋產(chǎn)生或降低傾向。


改善焊縫一次結(jié)晶、細(xì)化晶粒是提高抗裂性的重要途徑。采用的辦法是向焊縫中加入細(xì)化晶粒元素（如mo、v、ti、nb、zr、a1、稀土等），對(duì)于不銹鋼焊接時(shí)，為了提高抗裂性、抗腐性，希望得到鐵素體和奧氏體的雙相組織焊縫。


工藝因素方面工藝方面主要是焊接規(guī)范、預(yù)熱、接頭形式和焊接順序等，用工藝方法主要是改善焊接時(shí)的應(yīng)力從而防止結(jié)晶裂紋。


焊接工藝及規(guī)范


經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，適當(dāng)增加焊接線能量和提高預(yù)熱溫度，可以減小焊縫金屬的應(yīng)變率，從而降低結(jié)晶裂紋的傾向。


接頭形式


焊接接頭形式不同，將影響接頭的受力狀態(tài)，結(jié)晶條件和熱的分布等，因而結(jié)晶裂紋的傾向也不同，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)特別注意，如表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接焊縫抗裂性較高，熔深較大的對(duì)接和各種角接、搭接、t型接頭和外角接焊縫抗裂性較差，因?yàn)檫@些焊縫所承受得應(yīng)力正好作用在焊縫的結(jié)晶面上，而這個(gè)面是晶粒之間聯(lián)系較差，雜質(zhì)聚集的地方，故易于引起裂紋。


對(duì)于厚板焊接結(jié)構(gòu)，施工時(shí)常用多層焊，裂紋傾向比單層焊有所緩和，但對(duì)各層的熔深應(yīng)注意控制。


焊接技術(shù)


接頭處盡量避免應(yīng)力集中（錯(cuò)邊、咬肉、未焊透等），也是降低裂紋傾向的有效方法。


焊接次序


施工時(shí)焊接次序是很重要的，同樣的焊接方法和焊接材料，焊接次序不同，具有不同的結(jié)晶裂紋傾向。


總的原則是盡量使大多數(shù)焊縫能在較小剛度條件下焊接，使焊縫的受力較小。例如，鍋爐板與管束的焊接，采用同心圓式和平行線式都不利于應(yīng)力疏散，只有采用放射交叉式的焊接次序才能分散應(yīng)力。


在一般情況下，盡可能采用對(duì)稱施焊，以利分散應(yīng)力，減小裂紋傾向。




通過(guò)以上分析和討論，只要我們?cè)谠O(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，認(rèn)真選材，科學(xué)制定施工程序，在很大程度上可以有效的防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生，從而可以防止由于焊接裂紋而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

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                                                   2018年8月3日


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