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焊缝为什么会开裂?焊接裂纹产生的原因有哪些?

   日期:2021-07-18     浏览:9    评论:0    
核心提示:我们经常惊艳于焊缝的唯美,但是又不得不接受一个现实,这样么漂亮的焊缝竟然会出现检测不合格的情况?这很令工程师们头疼,焊缝

我们经常惊艳于焊缝的唯美,但是又不得不接受一个现实,这样么漂亮的焊缝竟然会出现检测不合格的情况?这很令工程师们头疼,焊缝为什么有裂纹?它们是如何产生的?怎样去避免呢?



一、什么是裂纹



焊接裂纹是焊接件中最常见的一种严重缺陷。



在焊接应力及其他致脆因素共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。






焊接裂纹



裂纹的危害



它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹影响焊接件的安全使用,是一种非常危险的工艺缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中,有的还有一定潜伏期,有的则产生于焊后的再次加热过程中。



二、热裂纹



多产生于接近固相线的高温下,有沿晶界(见界面)分布的特征;但有时也能在低于固相线的温度下,沿“多边形化边界”形成。热裂纹通常多产生于焊缝金属内,但也可能形成在焊接熔合线附近的被焊金属(母材)内。






热裂纹



三、冷裂纹



根据引起的主要原因可分为淬火裂纹、氢致延迟裂纹和变形裂纹。






冷裂纹



淬火裂纹



产生在钢的马氏体转变点(Ms)附近(见过冷奥氏体转变图)或在200℃以下的裂纹,主要发生于中、高碳钢,低合金高强度钢以及钛合金等,主要产生部位在热影响区以及焊缝金属内。裂纹走向为沿晶或穿晶。形成冷裂纹的主要因素有:①金属的含氢量偏高;②脆性组织或对氢脆敏感的组织;③焊接拘束应力(或应变)。



氢致延迟裂纹



焊接过程中溶于焊缝金属内的氢向热影响区扩散、偏聚,特别是在容易启裂的三轴拉应力集中区富集,引起氢脆,即降低金属在启裂位置(或裂纹前端)的临界应力,当此处的局部应力超过此临界应力时,就造成开裂。因此,它常产生在严重应力集中的焊件根部和缝边,以及过热区。防止的措施包括:①降低焊缝中的含氢量,例如采用低氢焊条,严格烘干焊接材料等;②合理的预热及后热;③选用碳当量较低的原材料;④减小拘束应力,避免应力集中(见金属中氢)。






变形裂纹



这种裂纹的形成不一定是因为氢含量偏高,在多层焊或角焊缝产生应变集中的情况下,由于拉伸应变超过了金属塑性变形能力而产生。



四、再热裂纹



产生于某些低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金焊后的再次高温加热过程中。



其主要原因一般认为当焊后再次加热到 500~700℃时,在热影响区的过热区内,由于特殊碳化物析出引起的晶内二次强化,一些弱化晶界的微量元素的析出,以及使焊接应力松弛时的附加变形集中于晶界,而导致沿晶开裂。因此,这种裂纹具有晶间开裂的特征,并且都发生在有严重应力集中的热影响区的粗晶区内。



五、层状撕裂



主要产生于厚板角焊时,见附图。其特征为平行于钢板表面,沿轧制方向呈阶梯形发展。这种裂纹往往不限于热影响区内,也可出现在远离表面的母材中。



其产生的主要原因是由于金属中非金属夹杂物的层状分布,使钢板沿板厚方向塑性低于沿轧制方向,另外由于厚板角焊时在板厚方向造成了很大的焊接应力,所以引起层状撕裂。通常认为片状硫化物夹杂危害最大,而层状硅酸盐和过量密集的氧化铝夹杂物也有影响。



焊接裂纹产生的原因有哪些?



焊缝在焊接当中开裂有以下原因:



应力、拘束力、刚性、化学成分、焊缝预留的间隙、电流、焊道、母材清洁度等。这些因素都可能是造成焊缝开裂。



虽然焊缝开裂原因很多,但在不同场合是多种因素造成,也有两种或三种因素造成的。但不管几个因素,其中必有一个主要因素。也有各种条件都没有什么影响,只受一个因素造成焊缝开裂。



因此出现焊缝开裂必须首先正确地分析出开裂的主要因素和次要因素,根据造成开裂的主要、次要因素采取相应措施进行解决。



焊接过程形成的焊缝是焊条和母材两者经过电流高温熔化后形成焊缝,是焊条和母材由固体变成液体,高温液体是热胀,冷却变成固体是收缩。由于热胀冷缩,自然使焊接结构产生应力。



有些焊接结构本身就存有拘束力和刚性。



焊接过程是由固体变成液体,也就是由固态转变成液态(通常说铁水),再由液态变成固态,也就形成焊缝。液态转变成固态(也就是铁水转变成晶粒)。铁水变成晶粒的过程就是结晶过程。



母材温度低的位置先开始结晶,逐渐向焊缝中间位置伸展,焊缝中间最后结晶。由于热胀冷缩的作用,焊接结构受应力或拘束力或刚性的影响,使母材晶粒连接不到一起,轻者在焊缝中间出现小裂纹,重者在焊缝中间出现明显的裂缝。



即使母材和电焊条的化学成分都好,受焊接结构的拘束力、刚性和焊接过程产生的应力影响,也会出现裂纹或裂缝。



如果母材和电焊条的化学成分不好(碳、硫、磷等偏高);或是焊缝预留间隙太大,母材在焊缝边缘杂质过多,或电流过大,并且焊接速度过快、过慢、焊道过宽等因素会使焊缝开裂情况更要加重。



焊接裂纹的种类及预防措施:






焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同,可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。



根据焊接工程现场焊缝开裂情况,多数是因为应力、拘束力、刚性造成的。可以说往往是应力、拘束力、刚性为焊缝开裂的主要因素。



解决应力、拘束力、刚性造成焊缝开裂比较有效的办法是:采取固定焊、分散焊。



所谓固定焊:先将焊件的全部焊缝,或是重要部位焊缝,先采取小电流、窄焊道、短距离焊,全部固定住。这样使焊件不易产生较大应力。



即便在焊件各处都固定住,但也不可在同一位置顺序向前,更不可采取大电流并采用大规格焊条。应换位置焊,不使其局部位置产生过大热量。有拘束力和刚性结构可以采取同样的方法解决。



所谓分散焊,这对大型结构来说决不可在同一位置顺序焊,应当调换位置进行焊。



对大型结构不仅得先固定焊,再采取分散焊,第一焊道也不可用大电流和大规格焊条。对整体大结构来说全部焊缝自始至终都得分散焊,不然,虽然焊缝不开裂,但残留应力太大。

 
 
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