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焊接热裂纹的原因是什么?

发表时间:2023-03-07

  焊接热裂纹的原因是什么?

  裂纹是降低焊接结构使用性能危险的焊接缺陷之一,焊缝中禁止任何形式的裂纹。焊接裂纹是指在焊接应力和其他脆性因素的共同作用下,破坏材料的原子结合,形成新界面产生的裂纹。根据焊接裂纹的产生条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状裂纹和应力腐蚀裂纹。以下是焊接热裂纹常见的裂纹形式。

  什么是热裂纹?

  热裂纹是高温和熔池凝固过程中产生的裂纹,是焊接过程中常见的裂纹类型。从低碳钢、低合金高强度钢到奥氏体不锈钢、铝合金和镍基合金,可能会产生焊接热裂纹。热裂纹常见于焊缝中心,属于晶体裂纹,其形成过程主要与低熔点共晶和拉应力有关。

  影响热裂纹的主要因素有哪些?

  1、焊接金属的化学成分

  焊接金属中C、S、P、Cu、当Zn等低熔点元素及其化合物较多时,会促进热裂纹的形成。这些低熔点物质在焊缝凝固过程中容易聚集在焊缝中央进行偏析。当焊缝边缘结晶凝固时,焊缝中心晶粒之间的杂质仍处于液体膜状态,在焊缝收缩产生的应力作用下产生裂纹。

  2、焊接截面形状

  当焊缝深度大于宽度时,凝固颗粒的生长会垂直于焊接中心,容易产生热裂纹,尤其是当厚板窄间隙焊接时,高熔深埋弧焊和药芯焊丝气保焊更容易发生。建议焊缝宽度比(焊缝宽度/焊缝深度)在1~1.4之间,有利于提高抗裂性。

  另外,凹缝焊接比凸缝焊接更容易产生裂缝,而高压、焊接速度过快是凹缝焊接的主要原因,应尽量避免。

  3、焊接应力

  焊件刚性大,在装配和焊接过程中产生较大的焊接应力,会促进热裂纹的形成。

  预防热裂纹的主要措施:

  1、冶金控制方面

  (1)控制焊缝中有害杂质含量

  在母材和焊接材料中严格限制C、P、S等有害杂质含量。

  (2)改善焊缝结晶组织

  碳钢和低合金钢主要是通过向焊缝添加一些合金元素,例如Mo、V、为了改变晶体组织形态,细化晶粒,提高抗裂性,Ti等。在不锈钢中加入Crr、在焊缝中形成适量的铁素体,如Mo等铁素体形成元素,以减少P。、在晶界上分布S等有害元素,同时对晶粒进行细化,从而有效防止裂纹。

  (3)限制稀释率

  对于一些容易将某些有害杂质转移到焊缝中的母材,特别是中碳钢、高碳钢和异种金属焊接时,要尽量减少焊接时的稀释率,如开大坡口、减小熔深、堆焊隔离层等。

  2、应力控制方面

  选择合理的接头形式(1)

  确定合理的焊接顺序(2)

  总体原则是尽量使大部分焊缝在较小的刚度条件下进行焊接,避免焊接结构产生较大的约束应力。

  确定合理的焊接参数(3)

  焊接工艺参数直接影响焊缝的横截面形状。适当降低电流可以降低焊缝厚度,改善焊缝形状;低电压有利于凸焊的形成;避免高速焊接可以降低稀释率,促进凸焊的形成;如有必要,预热可以降低冷却速度和应力,也有助于减少热裂纹。

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