焊接裂纹产生原因及防治措施
焊缝横向裂纹产生的原因和解决方法

焊缝横向裂纹产生的原因和解决方法一、概述在工业生产中,焊接是一种常见的连接方法,它在机械制造、建筑工程、航空航天等领域都有广泛的应用。
然而,在焊接过程中,随之而来的焊接缺陷也是一个不容忽视的问题。
其中,焊缝横向裂纹是一种常见的缺陷,它不仅会影响焊接质量,还可能引发安全事故。
了解焊缝横向裂纹产生的原因和解决方法具有重要的意义。
二、焊缝横向裂纹的原因1. 焊接材料的选择不当在进行焊接时,选用的焊接材料可能会对焊接质量产生重要影响。
如果选择的焊接材料强度不足或者与母材的化学成分不匹配,就会导致焊接过程中出现应力集中,从而容易产生横向裂纹。
2. 焊接工艺参数不合理焊接工艺参数是影响焊接质量的重要因素之一。
如果焊接电流、电压、速度等参数设置不合理,就会造成焊接过程中的温度分布不均匀,从而引起焊缝横向裂纹的产生。
3. 材料表面不洁净焊接前需要对要焊接的材料表面进行清洁处理,以保证焊接质量。
如果没有进行彻底的清洁处理,就会导致焊接材料表面附着有杂质,这些杂质会影响焊接的质量,增加裂纹的产生可能性。
4. 焊接残余应力在焊接过程中,由于温度的变化和热量的不均匀分布,容易产生残余应力。
这些残余应力会导致焊接部位的局部变形,最终导致焊缝横向裂纹的产生。
5. 设计缺陷在一些情况下,焊接工件的设计本身存在缺陷,比如焊缝的设计不合理、板材的厚度悬殊等,都会增加焊缝横向裂纹的发生。
三、焊缝横向裂纹的解决方法1. 优化焊接材料的选择在进行焊接前,需对焊接材料进行严格的选择,确保其与母材的化学成分匹配,且具有足够的强度。
对于使用对焊材料的情况,需要对搭铁焊接材和母材的化学成分及性能进行检测。
2. 合理设置焊接工艺参数合理设置焊接工艺参数是避免焊缝横向裂纹产生的重要手段。
在进行焊接前,需要根据具体的情况合理地设置焊接电流、电压、速度等参数,确保温度的均匀分布和焊接的质量。
3. 加强材料表面清洁处理在进行焊接前,需要对焊接材料表面进行严格的清洁处理。
建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施

建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施标签:焊接裂纹;建筑;防治现阶段,随着市场经济的不断发展,建筑行业市场的竞争压力逐渐增加,这对部分建筑企业来说是一个很大的挑战。
为在激烈的竞争当中得以生存,工程质量情况逐渐得到越来越多建筑企业的重视,工程质量的提升不仅可以实现企业价值的最大化,还能在一定程度上把握对成本的管控。
因此,本文以建筑钢结构为基础,对焊接中裂纹的产生机理和防治进行研究。
一、裂纹的产生机理及特征建筑钢在焊接的过程中很容易产生裂纹,主要分为三种形式:热裂纹、冷裂纹、层状撕裂。
(一)热裂纹热裂纹是复杂钢结构中较容易出现的一种裂纹形式,其产生的主要原因是在焊接后结晶的过程中受到高温。
热裂纹通常会出现在焊接缝当中,并在缝隙当中呈现纵向分布,是焊接过程中经常出现的一种裂纹。
根据所受温度的不同,热裂纹呈现的形式也有所差异,主要分为三种:凝固裂纹。
这种裂纹又称结晶裂纹,主要在焊接快结束前脆性温度间的焊缝金属凝固所形成。
焊缝金属结晶的过程中,由于液层之间存在韧性较低的杂质,金属在冷却不均的情况下拉伸超过临界值,即导致热裂缝的出现。
液化裂缝。
这种热裂缝的产生是由于一些低熔点的金属或金属化合物在焊接中产生的热量引起晶界焊接热,从而影响液化而产生的裂纹。
塑料裂纹。
又被称为多层焊接,其产生原因主要是受焊接热循环的影响,导致金属材料塑性降低,受到拉应力在晶界进行二次结晶而形成的裂纹。
(二)冷裂纹冷裂纹通常在焊接结束后冷却的过程中出现,有的是直接出现,也有一部分是在经过一段时间后出现,这种产生后不会立即出现而是随着时间的推移慢慢显露出来的裂纹,被称为延迟裂纹。
冷裂纹大多为延迟裂纹,通常产生在低、中合金钢焊接的热影响区域,很少部分在焊接缝上,裂纹横纵不一,由于大部分冷裂纹都不是直接出现,因此具有一定的隐蔽性。
经相关统计显示,冷裂纹产生的主要原因分为以下几种:钢的淬硬趋势焊接头氢含量焊接头拘束度。
(三)层状撕裂层状撕裂在钢结构焊接的过程中主要分为两种,一种裂点出现在焊缝的根部附近,由根部向四周蔓延,另一种是出现在含热区,主要是焊接过程中在收缩应力具有很强拉伸性的情况下,由一些非金属的杂质扩散而成。
焊接裂纹产生原因及防治措施

以下为焊接裂纹产生原因及防治措施,一起来看看吧。
1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区,由于焊接的影响,材料的原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝,它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。
按产生时的温度和时间的不同,裂纹可分为:热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。
在焊接生产中,裂纹产生的部位有很多。
有的裂纹出现在焊缝表面,肉眼就能观察到;有的隐藏在焊缝内部,通过探伤检查才能发现;有的产生在焊缝上;有的则产生在热影响区内。
值得注意的是,裂纹有时在焊接过程中产生,有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现,后一种称为延迟裂纹,这种裂纹的危害性更为严重。
2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害大的缺陷,除了降低焊接接头的承载能力,还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中,促使裂缝扩展,最终会导致焊接结构的破坏,使产品报废,甚至会引起严重的事故。
通常,在焊接接头中,裂缝是一种不允许存在的缺陷。
一旦发现即应彻底清除,进行返修焊接。
3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同,下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论。
3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下(从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度)所产生的裂纹,又称高温裂缝或结晶裂缝。
热裂缝通常在焊缝内产生,有时也可能出现在热影响区。
原因:由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析,凝固以后强度也较低,当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。
此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,则在加热温度超过其熔点的热影响区,这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。
总之,热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
防治措施:防止产生热裂缝的措施,可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。
控制母材及焊材有害元素、杂质含量限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素及有害杂质的含量。
焊接冷裂纹产生原因及防止措施

焊接冷裂纹产生原因及防止措施1.原因:1.1材料的选择不当:焊接材料的化学成分不合适,或者材料含有较高的残留应力,容易导致冷裂纹的生成。
1.2焊接过程中的热输入不合适:焊接过程中产生的热量和焊接速度不合理,容易造成焊缝和母材之间的温度差异,从而导致冷裂纹的生成。
1.3焊接残余应力:焊接后,热量的收缩导致焊缝和母材之间的残余应力,这些应力容易导致冷裂纹的生成。
1.4接缝设计不合理:接缝的形状和尺寸设计不合理,例如锯齿形的接头,容易导致应力集中,增加冷裂纹的风险。
1.5焊接过程中的不合理操作:焊接过程中出现的不合理操作,例如焊接速度太快或太慢,焊接温度不稳定,都会增加冷裂纹的发生风险。
2.防止措施:2.1合理选择焊接材料:选择合适的焊接材料,确保化学成分符合要求,并且没有过高的残余应力。
2.2控制热输入:控制焊接过程中的热输入,一方面要保证足够的热能输入,使焊缝和母材温度均匀,另一方面要避免过高的热输入,以免造成过大的残余应力。
2.3使用预热和后热处理:对于容易产生冷裂纹的材料和结构,可以采用预热和后热处理的方法来减少焊接过程中的残余应力。
2.4设计合理的焊缝:在设计焊缝时,应尽量避免锯齿形的接头,可以采用圆弧形或其他形状,以减少应力集中。
2.5严格控制焊接过程参数:焊接过程中应严格控制焊接速度、焊接压力和焊接温度等参数,确保稳定和合理的焊接条件。
2.6检测和治理裂纹:焊接后应对焊缝进行严格的裂纹检测,如超声波检测、磁粉检测等,一旦发现裂纹,应及时采取治理措施,包括打磨、退火或重新焊接等。
2.7人员培训和操作规范:通过人员培训,提高焊接人员的技术水平和操作规范,减少不合理操作的发生,从而减少冷裂纹的产生。
总结起来,焊接冷裂纹的产生主要是由材料的选择不当、焊接过程中的热输入不合适、焊接残余应力、接缝设计不合理和焊接过程中的不合理操作等原因造成的。
为了防止焊接冷裂纹的产生,应选择合适的焊接材料、控制热输入、使用预热和后热处理、设计合理的焊缝、严格控制焊接过程参数、检测和治理裂纹,并加强人员培训和操作规范。
碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施碳钢是一种常用的金属材料,广泛用于机械制造、建筑、船舶制造和其他领域。
在碳钢焊接过程中,裂纹是一个常见的质量问题,可能产生于焊缝或热影响区。
裂纹的产生不仅会影响焊接件的性能,还可能导致设备事故和生产事故,因此必须引起高度重视。
本文将从碳钢焊接裂纹产生的原因和预防措施两个方面进行介绍。
一、碳钢焊接裂纹产生的原因1.焊接热应力碳钢在焊接过程中会受到局部加热和冷却的影响,从而产生热应力。
当这种热应力达到一定程度时,就会导致焊接件产生裂纹。
热应力是焊接裂纹产生的主要原因之一。
2.组织不均匀碳钢在焊接后易产生组织不均匀的现象,特别是焊接缝区域。
这是由于焊接时局部温度变化和冷却速度不均匀导致的。
组织不均匀会导致焊接件内部应力不均匀,从而易产生裂纹。
3.焊接材料不合格碳钢焊接材料质量不合格,如含有过多的杂质和夹杂,或者变质,都会导致焊接后产生裂纹。
4.焊接工艺不当焊接工艺参数的选择不当,包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等,都会影响焊接质量,导致裂纹的产生。
5.焊接接头设计不合理焊接接头设计不合理,如焊缝形状、焊接角度和长度不符合要求,也会导致焊接时产生裂纹。
6.焊缝中含有气孔或夹渣焊缝中含有气孔或夹渣是产生焊接裂纹的常见原因之一。
气孔和夹渣会导致焊缝中的应力集中,从而促进裂纹的产生。
以上就是碳钢焊接裂纹产生的主要原因,只有深入了解这些原因,才能更好地进行预防和控制。
1.合理控制焊接热输入合理控制焊接热输入是减少焊接裂纹的关键。
在焊接时应根据具体情况,选择合适的焊接电流、电压、焊接速度和预热温度,以减少焊接热应力的产生。
3.采用预热和后热处理在焊接过程中采用预热和后热处理是减少焊接裂纹的有效方法。
预热可以降低焊接件的温度梯度,减少热应力的产生,后热处理可以缓解焊接后的残余应力,从而减少焊接裂纹的产生。
6.严格检查和清除焊缝中的气孔和夹渣在焊接过程中要严格检查和清除焊缝中的气孔和夹渣,以确保焊接质量,避免裂纹的产生。
碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施
碳钢焊接裂纹是在焊接过程中出现的裂纹,造成焊接接头的强度降低,严重影响焊接结构的使用寿命和安全性。
下面将介绍碳钢焊接裂纹产生的原因以及预防措施。
1. 焊接材料不合适:焊接材料的选择需要考虑到焊接接头所需的强度和韧性,如果选择不当,容易导致金属在焊接时发生冷脆现象,增加裂纹的产生机会。
2. 焊接过程中的热应力:焊接过程中,金属受到高温和冷却后的收缩影响,产生热应力。
如果热应力过大或者集中,容易导致焊接接头产生裂纹。
3.焊接参数控制不当:焊接参数的控制包括焊接电流、焊接速度等。
如果焊接参数选择不正确或控制不当,容易导致焊接材料热输入不均匀,产生过高的焊接应力,导致裂纹的产生。
4. 板料表面缺陷:板料表面的缺陷,如油污、氧化皮等,会降低焊接接头的材料强度,容易引起焊接裂纹。
1. 合适的焊接材料选择:根据焊接接头的需求,选择合适的焊接材料,确保焊接接头具有足够的强度和韧性。
2. 控制焊接过程的热应力:通过合理的焊接顺序和过程控制,减少焊接过程中的热应力,降低焊接接头的应力集中,防止裂纹的产生。
可以采用预热、焊后退热等措施来控制焊接过程中的热应力。
碳钢焊接裂纹的产生原因主要包括焊接材料不合适、焊接过程中的热应力、焊接参数控制不当以及板料表面缺陷等。
为了预防焊接裂纹的产生,需要合适的焊接材料选择、控制焊接过程的热应力、精确控制焊接参数以及清洁和处理板料表面等措施的综合运用。
焊接裂纹形成的原因及防止措施

焊接裂纹形成的原因及防止措施焊接裂纹是在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,材料的原子结合遭到破坏,形成新界面而产生的缝隙。
它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征,易引起较高的应力集中,而且有延伸和扩展的趋势,所以,也是最危险的焊接缺陷。
裂纹常有热裂纹、冷裂纹以及再热裂纹(消除应力处理裂纹)。
一、热裂纹形成及防止常见的热裂纹有两种:结晶裂纹、液化裂纹。
结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹,是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂。
而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔,在收缩力的作用下而产生的裂纹。
结晶裂纹产生的原因:焊接时,熔池在电弧热的作用下,被加热到相当高的温度,而受热膨胀,而母材却不能自由收缩,于是高温的熔池受到一定的压力。
当熔池开始冷却时,就以半融化的母材为晶核开始处结晶。
最先结晶的是纯度较高的的合金。
最后凝固的是低熔点共晶体。
低熔点共晶物的多少取决于焊缝金属中C、S、L等元素的含量。
当含量较少时,不足以在初生晶粒间形成连续的液态膜。
焊接熔池的冷却速度极快,低熔点共晶物几乎与初析相同时完成结晶。
因此连续冷却的金属熔池虽然受到收缩应力的作用也不至于产生晶间裂纹。
当低熔点共晶体量较多时,情况就不同了,初次结晶的偏析程度较大,并在初次结晶的晶体之间形成晶间液膜,当熔池冷却收缩时,被液膜分割的晶体边界就会被拉开就形成了裂纹。
这是主要原因,另有两个其它原因:一是焊缝金属所经受的应变增加速度大于低熔点共晶物凝固的速度;另外,初生晶体的张大方向和残留低熔共晶体的相对位置的影响。
可见,关键的措施就是:1、应严格控制焊缝金属中C、S、P和其它易形成低熔点共晶体的合金成分的含量,这些元素和杂质的含量越低,焊缝金属的抗裂纹能力越大。
当焊缝中C>0.15%,S>0.04%就可能有裂纹出现,如果母材中含碳量很高,就要控制焊接材料的成分,以使混合后的碳含量降下来。
2、改变焊缝横截面的形状也就改变了焊接熔池的结晶方向,使之有利于将低熔点共晶体推向不易产生裂纹的位置。
碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施
碳钢焊接裂纹是在焊接过程中产生的裂纹,常见于焊接接头或焊缝的位置。
产生焊接裂纹的原因有很多,包括材料选择不当、焊接工艺不合理、焊接过程中的温度变化等。
下面将分别介绍这些原因以及预防措施。
1. 材料选择不当:选择的焊接材料可能与基材的化学成分不兼容,导致焊接裂纹。
为了避免裂纹的产生,需要选择与基材化学成分相近的焊接材料,确保焊接接头的材料兼容性。
2. 焊接工艺不合理:焊接工艺的选择和执行也会对焊接接头的质量产生影响。
如果焊接过程中的温度过高或过低,都会导致裂纹的产生。
在焊接过程中应根据材料的特性选择适当的焊接工艺参数,确保焊接温度控制在合适的范围内。
3. 焊接过程中的温度变化:焊接过程中,由于材料的热膨胀系数不同,会导致焊接接头产生应力,从而引发裂纹。
为了预防这种情况的发生,可以通过采用预热和缓慢冷却的方式来减少接头的热应力。
选择合适的焊接顺序和焊接位置也能够降低焊接接头的温度变化。
4. 材料内部的缺陷:材料内部的缺陷,例如气孔、夹杂物等,会在焊接过程中成为裂纹的起始点。
在焊接前需要对焊接材料进行检测和处理,确保材料的质量符合要求。
1. 选择合适的焊接材料,并确保其与基材的化学成分相近。
2. 根据焊接材料的特性选择合适的焊接工艺参数,确保焊接温度控制在合适的范围内。
3. 采用预热和缓慢冷却的方式来减少焊接接头的热应力。
4. 在焊接前对焊接材料进行检测和处理,确保材料的质量符合要求。
5. 合理安排焊接顺序和焊接位置,减少焊接接头的温度变化。
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焊接裂纹就其本质来分,可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。
下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治办法进行具体的阐述。
1.热裂纹在焊接时高温下产生的,故称热裂纹,它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。
根据所焊金属的材料不同(低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等),产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各不相同。
目前,把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边裂纹等三大类。
1)结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中(含S,P,C,Si 缝偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。
这种裂纹是在焊缝结晶过程中,在固相线附近,由于凝固金属的收缩,残余液体金属不足,不能及时添充,在应力作用下发生沿晶开裂。
防治措施:在冶金因素方面,适当调整焊缝金属成分,缩短脆性温度区的范围控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量;细化焊缝金属一次晶粒,即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素;在工艺方面,可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度等方面来防治。
2)近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹,它的尺寸很小,发生于HAZ近缝区或层间。
它的成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属,在高温下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成物被重新熔化,在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。
这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的。
特别是在冶金方面,尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量是十分有效的;在工艺方面,可以减小线能量,减小熔池熔合线的凹度。
3)多边化裂纹是在形成多边化的过程中,由于高温时的塑性很低造成的。
这种裂纹并不常见,其防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
2、再热裂纹通常发生于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金(包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金,以及某些奥氏体不锈钢),他们焊后并未发现裂纹,而是在热处理过程中产生了裂纹。
再热裂纹产生在焊接热影响区的过热粗晶部位,其走向是沿熔合线的奥氏体粗晶晶界扩展。
防治再热裂纹从选材方面,可以选用细晶粒钢。
在工艺方面,选用较小的线能量,选用较高的预热温度并配合以后热措施,选用低匹配的焊接材料,避免应力集中。
3、冷裂纹主要发生在高、中碳钢、低、中合金钢的焊接热影响区,但有些金属,如某些超高强钢、钛及钛合金等有时冷裂纹也发生在焊缝中。
一般情况下,钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及分布,以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。
焊后形成的马氏体组织在氢元素的作用下,配合以拉应力,便形成了冷裂纹。
它的形成一般是穿晶或沿晶的。
冷裂纹一般分为焊趾裂纹、焊道下裂纹、根部裂纹。
防治冷裂纹可以从工件的化学成分、焊接材料的选择和工艺措施三方面入手。
应尽量选用碳当量较低的材料;焊材应选用低氢焊条,焊缝应用低强度匹配,对于高冷裂倾向的材料也可选用奥氏体焊材;合理控制线能量、预热和后热处理是防治冷裂的工艺措施。
在焊接生产中由于采用的钢种、焊接材料不同,结构的类型、钢度,以及施工的具体条件不同,可能出现各种形态的冷裂纹。
然而在生产上经常遇到的主要是延迟裂纹。
延迟裂纹有以下三种形式:1)焊趾裂纹——这种裂纹起源于母材与焊缝交界处,并有明显应力集中部位。
裂纹的走向经常与焊道平行,一般由焊趾表面开始向母材的深处扩展。
2)焊道下裂纹——这种裂纹经常发生在淬硬倾向较大、含氢量较高的焊接热影响区。
一般情况下裂纹走向与熔合线平行。
3)根部裂纹——这种裂纹是延迟裂纹中比较常见的一种形态,主要发生在含氢量较高、预热温度不足的情况下。
这种裂纹与焊趾裂纹相似,起源于焊缝根部应力集中最大的部位。
根部裂纹可能出现在热影响区的粗晶段,也可能出现在焊缝金属中。
钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布,以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。
这三个因素在一定条件下是相互联系和相互促进的。
钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。
焊接时,钢种的淬硬倾向越大,越易产生裂纹。
为什么钢淬硬之后会引起开裂呢?可归纳为以下两方面。
a:形成脆硬的马氏体组织——马氏体是碳在ɑ铁中的过饱和固溶体,碳原子以间隙原子存在于晶格之中,使铁原子偏离平衡位置,晶格发生较大的畸变,致使组织处于硬化状态。
特别是在焊接条件下,近缝区的加热温度很高,使奥氏体晶粒发生严重长大,当快速冷却时,粗大的奥氏体将转变为粗大的马氏体。
从金属的强度理论可以知道,马氏体是一种脆硬的组织,发生断裂时将消耗较低的能量,因此,焊接接头有马氏体存在时,裂纹易于形成和扩展。
b:淬硬会形成更多的晶格缺陷——金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷。
这些晶格缺陷主要是空位和位错。
随焊接热影响区的热应变量增加,在应力和热力不平衡的条件下,空位和位错都会发生移动和聚集,当它们的浓度达到一定的临界值后,就会形成裂纹源。
在应力的继续作用下,就会不断地发生扩展而形成宏观的裂纹。
氢是引起高强钢焊接冷裂纹重要因素之一,并且有延迟的特征,因此,在许多文献上把氢引起的延迟裂纹称为“氢致裂纹”。
试验研究证明,高强钢焊接接头的含氢量越高,则裂纹的敏感性越大,当局部地区的含氢量达到某一临界值时,便开始出现裂纹,此值称为产生裂纹的临界含氢量[H]cr。
各种钢产生冷裂的[H]cr值是不同的,它与钢的化学成分、钢度、预热温度,以及冷却条件等有关。
1:焊接时,焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污,以及环境湿度等都是焊缝中富氢的原因。
一般情况下母材和焊丝中的氢量很少,而焊条药皮的水分和空气中的湿气却不能忽视,成为增氢的主要来源。
2:氢在不同金属组织中的溶解和扩散能力是不同的,氢在奥氏体中的溶解度远比铁素体中的溶解度大。
因此,在焊接时由奥氏体向铁素体转变时,氢的溶解度发生突然下降。
与此同时,氢的扩散速度恰好相反,由奥氏体向铁素体转变时突然增大。
焊接时在高温作用下,将有大量的氢溶解在熔池中,在随后的冷却和凝固过程中,由于溶解度的急剧降低,氢极力逸出,但因冷却很快,使氢来不及逸出而保留在焊缝金属中形成扩散氢。
4、层状撕裂一种内部的低温开裂。
仅限于厚板的母材金属或焊缝热影响区,多发生于“L”、“T”、“+”型接头中。
其定义为轧制的厚钢板沿厚度方向塑性不足以承受该方向上的焊接收缩应变而发生于母材的一种阶梯状冷裂纹。
一般是由于厚钢板在轧制过程中,把钢内的一些非金属夹杂物轧成平行于轧制方向的带状夹杂物,这些夹杂物引起了钢板在力学性能上的各向导性。
防治层状撕裂在选材上可以选用精练钢,即选用z向性能高的钢板,也可以改善接头设计形式,避免单侧焊缝、或在承受z向应力的一侧开出坡口。
层状撕裂与冷裂不同,它的产生与钢种强度级别无关,主要与钢中的夹杂量和分布形态有关。
一般轧制的厚钢板,如低碳钢、低合金高强钢,甚至铝合金的板材中也会出现层状撕裂。
根据层状撕裂产生的位置大体可以分为三类:第一类是在焊接热影响区焊趾或焊根冷裂纹诱发而形成的层状撕裂。
第二类是焊接热影响区沿夹杂开裂,是工程上最常见的层状撕裂。
第三类远离热影响区母材中沿夹杂开裂,一般多出现在有较多MnS的片状夹杂的厚板结构中。
层状撕裂的形态与夹杂的种类、形状、分布,以及所处的位置有密切关系。
当沿轧制方向上以片状的MnS夹杂为主时,层状撕裂具有清晰的阶梯状,当以硅酸盐夹杂为主时呈直线状,如以Al 夹杂为主时呈不规则的阶梯状。
厚板结构焊接时,特别是T型和角接接头,在刚性拘束的条件下,焊缝收缩时会在母材厚度方向产生很大的拉伸应力和应变,当应变超过母材金属的塑性变形能力时,夹杂物与金属基体之间就会发生分离而产生微裂,在应力的继续作用下裂纹尖端沿着夹杂所在平面进行扩展,就形成了所谓“平台”。
影响层状撕裂的因素很多,主要有以下几方面:1:非金属夹杂物的种类、数量和分布形态是产生层状撕裂的本质原因,它是造成钢的各向异性、机械性能差异的根本所在。
2:Z向拘束应力厚壁焊接结构在焊接过程中承受不同的Z向拘束应力、焊后的残余应力及载荷,它们是造成层状撕裂的力学条件。
3:氢的影响一般认为,在热影响区附近,由冷裂诱发成为层状撕裂,氢是一个重要的影响因素。
由于层状撕裂的影响很大,危害也甚为严重,因此需要在施工之前,对钢材层状撕裂的敏感性作出判断。
常用的评定方法有Z向拉伸断面收缩率和插销Z向临界应力法。
为防止层状撕裂,断面收缩率应不小于15%,一般希望 =15~20%为宜,当25%时,认为抗层状撕裂优异。
防止层状撕裂应主要从以下方面采取措施:第一,精练钢广泛采用铁水先期脱硫的办法,并用真空脱气,可以冶炼出含硫只有0.003~0.005%的超低硫钢,它的断面收缩率(Z向)可达23~25%。
第二,控制硫化物夹杂的形态是把MnS变成其他元素的硫化物,使在热轧时难以伸长,从而减轻各向异性。
目前广泛使用的添加元素是钙和稀土元素。
经过上述处理的钢,可制造出Z向断面收缩率达50~70%的抗层状撕裂钢板。
第三,从防止层状撕裂的角度出发,在设计和施工工艺上主要是避免Z向应力和应力集中,具体措施按下例参考:1)应尽量避免单侧焊缝,改用双侧焊缝可缓和焊缝根部区的应力状态,为防止应力集中。
2)采用焊接量少的对称角焊缝代替焊接量大的全焊透焊缝,以免产生过大的应力。
3)应在承受Z向应力的一侧开坡口。
4)对于T型接头,可在横板上预先堆焊一层低强的焊接材料,以防止焊根裂纹,同时亦可缓和焊接应变。
5)为防止由冷裂引起的层状撕裂,应尽量采用一些防止冷裂的措施,如减少氢量、适当提高预热、控制层间温度等。