焊接裂紋

焊接件中最常見(jiàn)的一種嚴(yán)重缺陷。金屬的焊接性中包括了兩大類(lèi)的問(wèn)題:一類(lèi)是焊接引起的材料性能變 壞，使焊件失掉了材料原來(lái)特有的性能，如不銹鋼焊后失掉其耐蝕性等;另一類(lèi)是在焊接接頭或其附近的母材內(nèi)產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。

多產(chǎn)生于接近固相線(xiàn)的高溫下，有沿晶界(見(jiàn)界面)分布的特征;但有時(shí)也能在低于固相線(xiàn)的溫度下，沿"多邊形化邊界"形成。熱裂紋通常多產(chǎn)生于焊縫金屬內(nèi)，但也可能形成在焊接熔合線(xiàn)附近的被焊金屬(母材)內(nèi)。按其形成過(guò)程的特點(diǎn)，又可分為下述三種情況。

產(chǎn)生于焊縫金屬結(jié)晶過(guò)程末期的"脆性溫度"區(qū)間，此時(shí)晶粒間存在著薄的液相層，因而金屬塑性極低，由冷卻的不均勻收縮而產(chǎn)生的拉伸變形超過(guò)了允許值時(shí)，即沿晶界液層開(kāi)裂。消除結(jié)晶裂紋的主要冶金措施為通過(guò)調(diào)整成分，細(xì)化晶粒，嚴(yán)格控制形成低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)元素等，以達(dá)到提高材料在脆性溫度區(qū)間的塑性;此外，從設(shè)計(jì)和工藝上盡量減少在該溫度區(qū)間的內(nèi)部拉伸變形。

主要產(chǎn)生于焊縫熔合線(xiàn)附近的母材中，有時(shí)也產(chǎn)生于多層焊的先施焊的焊道內(nèi)。形成原因是由于在焊接熱的作用下，焊縫熔合線(xiàn)外側(cè)金屬內(nèi)產(chǎn)生沿晶界的局部熔化，以及在隨后冷卻收縮時(shí)引起的沿晶界液化層開(kāi)裂。造成這種裂紋的情況有二:一是材料晶粒邊界有較多的低熔點(diǎn)物質(zhì);另一種是由于迅速加熱，使某些金屬化合物分解而又來(lái)不及擴(kuò)散，致局部晶界出現(xiàn)一些合金元素的富集甚至達(dá)到共晶成分。防止這類(lèi)裂紋的原則為嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，合理選用焊接材料，盡量減少焊接熱的作用。

是在低于固相線(xiàn)溫度下形成的。其特點(diǎn)是沿"多邊形化邊界"分布，與一次結(jié)晶晶界無(wú)明顯關(guān)系;易產(chǎn)生于單相奧氏體金屬中。這種現(xiàn)象可解釋為由于焊接的高溫過(guò)熱和不平衡的結(jié)晶條件，使晶體內(nèi)形成大量的空位和位錯(cuò)，在一定的溫度、應(yīng)力作用下排列成亞晶界(多邊形化晶界)，當(dāng)此晶界與有害雜質(zhì)富集區(qū)重合時(shí)，往往形成微裂紋。消除此種缺陷的方法是加入可以提高多邊形化激活能的合金元素,如在Ni-Cr合金中加入W、Mo、Ta等;另一方面是減少焊接時(shí)過(guò)熱和焊接應(yīng)力。

根據(jù)引起的主要原因可分為淬火裂紋、氫致延遲裂紋和變形裂紋。

產(chǎn)生在鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Ms)附近(見(jiàn)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖)或在200℃以下的裂紋，主要發(fā)生于中、高碳鋼，低合金高強(qiáng)度鋼以及鈦合金等，主要產(chǎn)生部位在熱影響區(qū)以及焊縫金屬內(nèi)。裂紋走向?yàn)檠鼐Щ虼┚?。形成冷裂紋的主要因素有:①金屬的含氫量偏高;②脆性組織或?qū)浯嗝舾械慕M織;③焊接拘束應(yīng)力(或應(yīng)變)。

焊接過(guò)程中溶于焊縫金屬內(nèi)的氫向熱影響區(qū)擴(kuò)散、偏聚，特別是在容易啟裂的三軸拉應(yīng)力集中區(qū)富集，引起氫脆，即降低金屬在啟裂位置(或裂紋前端)的臨界應(yīng)力，當(dāng)此處的局部應(yīng)力超過(guò)此臨界應(yīng)力時(shí)，就造成開(kāi)裂。這種裂紋的形成有明顯的時(shí)間延遲的特征，其原因在于氫擴(kuò)散富集需要時(shí)間(孕育期)。產(chǎn)生此種裂紋的條件是存在著氫和對(duì)氫敏感的組織，同時(shí)又有較大的拘束應(yīng)力。因此，它常產(chǎn)生在嚴(yán)重應(yīng)力集中的焊件根部和縫邊，以及過(guò)熱區(qū)。防止的措施包括:①降低焊縫中的含氫量，例如采用低氫焊條，嚴(yán)格烘干焊接材料等;②合理的預(yù)熱及后熱;③選用碳當(dāng)量較低的原材料;④減小拘束應(yīng)力，避免應(yīng)力集中(見(jiàn)金屬中氫)。

這種裂紋的形成不一定是因?yàn)闅浜科撸诙鄬雍富蚪呛缚p產(chǎn)生應(yīng)變集中的情況下，由于拉伸應(yīng)變超過(guò)了金屬塑性變形能力而產(chǎn)生。

產(chǎn)生于某些低合金高強(qiáng)度鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼以及鎳基合金焊后的再次高溫加熱過(guò)程中。其主要原因一般認(rèn)為當(dāng)焊后再次加熱到 500~700℃時(shí)，在熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)內(nèi),由于特殊碳化物析出引起的晶內(nèi)二次強(qiáng)化，一些弱化晶界的微量元素的析出，以及使焊接應(yīng)力松弛時(shí)的附加變形集中于晶界，而導(dǎo)致沿晶開(kāi)裂。因此，這種裂紋具有晶間開(kāi)裂的特征，并且都發(fā)生在有嚴(yán)重應(yīng)力集中的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。為了防止這種裂紋的產(chǎn)生，首先在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇再熱裂紋敏感性低的材料，其次從工藝上要盡量減少近縫區(qū)的內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力集中問(wèn)題。

主要產(chǎn)生于厚板角焊時(shí)，見(jiàn)附圖。其特征為平行于鋼板表面，沿軋制方向呈階梯形發(fā)展。這種裂紋往往不限于熱影響區(qū)內(nèi)，也可出現(xiàn)在遠(yuǎn)離表面的母材中。其產(chǎn)生的主要原因是由于金屬中非金屬夾雜物的層狀分布，使鋼板沿板厚方向塑性低于沿軋制方向，另外由于厚板角焊時(shí)在板厚方向造成了很大的焊接應(yīng)力，所以引起層狀撕裂。通常認(rèn)為片狀硫化物夾雜危害最大，而層狀硅酸鹽和過(guò)量密集的氧化鋁夾雜物也有影響。防止這種缺陷，主要應(yīng)在冶金過(guò)程中嚴(yán)格控制夾雜物的數(shù)量和分布狀態(tài)。另外，改進(jìn)接頭設(shè)計(jì)和焊接工藝，也有一定的作用。