熱裂紋的主要產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

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發(fā)表于 2022-11-22 13:46:04 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

裂紋是降低焊接結(jié)構(gòu)使用性能最危險(xiǎn)的焊接缺陷之一，焊縫中禁止出現(xiàn)任何形式的裂紋。焊接裂紋是指在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，使材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新界面而產(chǎn)生的縫隙。按照焊接裂紋的產(chǎn)生條件，可以分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋，以下重點(diǎn)介紹最常見的裂紋形式——焊接熱裂紋。

一、什么是熱裂紋

熱裂紋是在高溫和熔池凝固過程中產(chǎn)生的裂紋，是焊接過程中最常見的裂紋類型，從低碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼，到奧氏體不銹鋼、鋁合金和鎳基合金等都有產(chǎn)生焊接熱裂紋的可能。熱裂紋最常見于焊縫中心，屬于結(jié)晶裂紋，其形成過程主要與低熔點(diǎn)共晶物和拉應(yīng)力有關(guān)。

二、影響熱裂紋的主要因素

1、焊縫金屬的化學(xué)成分

焊縫金屬中C、S、P、Cu、Zn等低熔點(diǎn)元素及其化合物較多時(shí)，會(huì)促使形成熱裂紋。在焊縫凝固過程期間，這些低熔點(diǎn)物質(zhì)容易在焊縫中央聚集偏析，當(dāng)焊縫邊緣結(jié)晶凝固時(shí)，焊縫中心晶粒間雜質(zhì)仍處于液態(tài)膜狀態(tài)，在焊縫收縮產(chǎn)生的應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。

2、焊縫橫截面形狀

當(dāng)焊縫深度比寬度大時(shí)，會(huì)使凝固顆粒增長垂直于焊接中心，容易產(chǎn)生熱裂紋，特別是高熔深的埋弧焊和藥芯焊絲氣保焊用于厚板窄間隙焊接時(shí)更容易發(fā)生。建議焊道寬深比（焊縫寬度/焊縫深度）在1~1.4之間有利于提高抗裂性。

此外，凹形焊縫比凸形焊縫更容易產(chǎn)生裂紋，而高電壓、焊接速度過快是凹形焊縫的主要成因，應(yīng)盡量避免。

3、焊接應(yīng)力

焊件剛性大，裝配和焊接時(shí)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，會(huì)促使形成熱裂紋。

三、預(yù)防熱裂紋的主要措施

1、冶金控制方面

⑴控制焊縫中有害雜質(zhì)含量

嚴(yán)格限制母材和焊接材料中的C、P、S等有害雜質(zhì)含量。

⑵改善焊縫結(jié)晶組織

碳鋼和低合金鋼主要通過向焊縫添加某些合金元素,如Mo、V、Ti等，以改變結(jié)晶組織形態(tài)，細(xì)化晶粒從而提高抗裂性。不銹鋼則通過加入Cr、Mo等鐵素體形成元素，使焊縫中形成適量鐵素體，以減少P、S等有害元素在晶界上的分布，同時(shí)細(xì)化晶粒，從而有效防止裂紋產(chǎn)生。

⑶限制稀釋率

對(duì)于一些易于向焊縫轉(zhuǎn)移某些有害雜質(zhì)的母材，焊接時(shí)必須盡量減少稀釋率，如開大坡口、減小熔深、堆焊隔離層等，尤其是中碳鋼、高碳鋼以及異種金屬焊接時(shí)。

2、應(yīng)力控制方面

⑴選擇合理的接頭形式

⑵確定合理的焊接順序

總體原則是盡量使大多數(shù)焊縫在較小的剛度條件下焊接，避免焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。

⑶確定合理的焊接參數(shù)

焊接工藝參數(shù)直接影響焊縫的橫斷面形狀，適當(dāng)減小電流可以減少焊縫厚度，改善焊縫形狀；采用低電壓有利于形成凸形焊縫；避免高速焊接可減小稀釋率并促進(jìn)形成凸形焊縫；必要時(shí)采取預(yù)熱可以降低冷卻速度并減少應(yīng)力，也有助于減少熱裂紋。