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熱裂紋的主要產生原因及預防措施

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發表時間:2022-12-26 10:18
裂紋是降低焊接結構使用性能最危險的焊接缺陷之一,焊縫中禁止出現任何形式的裂紋。焊接裂紋是指在焊接應力及其他致脆因素共同作用下,使材料的原子結合遭到破壞,形成新界面而產生的縫隙。按照焊接裂紋的產生條件,可以分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂和應力腐蝕裂紋,以下重點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、低合金高強度鋼,到奧氏體不銹鋼、鋁合金和鎳基合金等都有產生焊接熱裂紋的可能。熱裂紋最常見于焊縫中心,屬于結晶裂紋,其形成過程主要與低熔點共晶物和拉應力有關。

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二、影響熱裂紋的主要因素

1、焊縫金屬的化學成分

焊縫金屬中C、S、P、Cu、Zn等低熔點元素及其化合物較多時,會促使形成熱裂紋。在焊縫凝固過程期間,這些低熔點物質容易在焊縫中央聚集偏析,當焊縫邊緣結晶凝固時,焊縫中心晶粒間雜質仍處于液態膜狀態,在焊縫收縮產生的應力作用下產生裂紋。

2、焊縫橫截面形狀

當焊縫深度比寬度大時,會使凝固顆粒增長垂直于焊接中心,容易產生熱裂紋,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更容易發生。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。

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

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3、焊接應力

焊件剛性大,裝配和焊接時產生較大的焊接應力,會促使形成熱裂紋。

三、預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含量

嚴格限制母材和焊接材料中的C、P、S等有害雜質含量。

⑵改善焊縫結晶組織

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,以改變結晶組織形態,細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,同時細化晶粒,從而有效防止裂紋產生。

⑶限制稀釋率

對于一些易于向焊縫轉移某些有害雜質的母材,焊接時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。

2、應力控制方面

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焊縫在較小的剛度條件下焊接,避免焊接結構產生較大的拘束應力。

⑶確定合理的焊接參數

焊接工藝參數直接影響焊縫的橫斷面形狀,適當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形成凸形焊縫;必要時采取預熱可以降低冷卻速度并減少應力,也有助于減少熱裂紋。


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