焊接裂纹的分类:焊接裂纹的形成及影响因素

(1)裂纹分类

焊接裂纹具有非常复杂的形态及分布特征,它与钢种和焊接结构的类型有关。根据裂纹产生的本质原因一般可将它分为五种类型,即热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹。

(2)焊接裂纹的形成及影响因素

1)热裂纹是在低碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铝合金和镍基合金中常见的一种焊接缺陷。最主要的是结晶裂纹,此外还包括液化裂纹和多边化裂纹等。结晶裂纹都是沿焊缝中的树枝状晶的交界处形核长大的。影响结晶裂纹形成的因素较多,主要分为冶金因素和力学因素。

在焊接过程中各种合金元素之间相互作用,使得合金元素对结晶裂纹的形成有非常复杂的影响,如硫和磷通常都会使结晶区间增加而增大裂纹倾向,而锰由于它的脱硫作用可以用于提高焊缝的抗裂性。此外,为提高焊缝组织的抗裂能力,通常会在焊缝及母材中添加一些细化晶粒的合金元素,因为凝固结晶组织的形态特征如晶粒大小、形态和方向以及初生相等因素对焊缝的抗裂性有较为显著的影响。晶粒度越小,则柱状晶方向越明显,就越有可能形成结晶裂纹。

2)焊接结构在焊后热处理过程中和在长期使用过程中均有可能产生裂纹,它们统称为再热裂纹。它们都产生于焊接热影响区的粗晶部分,并沿熔合线母材侧的奥氏体粗晶晶界扩展。影响它的主要因素是冶金因素和焊接区的残余应力。在冶金因素方面,化学成分对裂纹形成的影响随钢种不同而有所差异;晶粒度越大,则越容易产生再热裂纹;焊接接头不同部位的缺口效应对裂纹形成也有影响。在残余应力方面,要避免再热裂纹的出现,就需要在消除应力热处理过程中消除残余应力,同时应力集中会增加再热裂纹的敏感性。

3)冷裂纹在焊接生产中较为常见,它是在焊后冷至较低温度下产生的,主要产生于低合金钢、中合金钢、中碳钢和高碳钢的焊接热影响区内,有时也可在焊接超高强度钢或钛合金的焊缝金属中形成。冷裂纹种类较多,其中一类较为普遍的裂纹并不是在焊后立即出现,故称之为延迟裂纹,它还可进一步分为焊趾裂纹、焊道下裂纹和根部裂纹。

影响冷裂纹形成的因素主要包括钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布和接头所承受的拘束应力状态三个方面。淬硬倾向越大的钢种越容易产生冷裂纹。在焊接过程中,焊接材料的水分、焊件破口处的铁锈和油污以及环境湿度是焊接氢的主要来源,它在焊接热源的高温作用下溶解于焊缝金属,在随后的冷却凝固过程中又从中扩散逸出,但由于冷却速度过快,导致许多氢残留在焊缝金属中,使焊缝氢含量浓度过高。当氢浓度达到一定程度后,不仅产生较大的应力,而且能阻碍位错运动致使此处变脆,当应力进一步增大时将促使缺陷扩展形成裂纹。

焊接接头所处的应力状态在冷裂纹形成时也非常重要。焊接时主要存在三类应力类型,包括不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力、金属相变时产生的组织应力和结构自身拘束条件所造成的应力。

4)在大型厚壁结构的焊接过程中会出现沿钢板轧制方向的台阶状裂纹,称为层状撕裂。常出现于T形接头、角接头和十字接头中。它属于内部沿轧制方向的应力开裂,一般由平行于轧制方向的平台和基本垂直于平台的剪切壁构成。钢件中存在多处这样的平台,在剪切应力作用下相邻平台之间相互连接,形成剪切壁,从而产生了层状撕裂。非金属夹杂物的种类、数量和分布形态是影响层状撕裂的主要因素之一,它是产生层状撕裂的基本原因,硫化物和硅酸盐由于具有不规则的条形分布,故对层状撕裂的敏感性相对较大,而铝酸盐夹杂物具有球形分布的特点,所以它对层状撕裂的敏感性相对较差一些。

5)由于焊接结构通常都存在不同程度的残余应力,所以应力腐蚀裂纹常出现在腐蚀介质环境下工作的焊接结构中。应力腐蚀裂纹的形态类似树根状,在焊缝表面上常以横向裂纹形式存在,表现为疏松网状或龟裂状分布特征。根据腐蚀介质的不同,应力腐蚀开裂既可能以穿晶方式,也可能以沿晶方式,甚至以穿晶与沿晶的混合开裂模式出现。

影响应力腐蚀裂纹形成的因素很多,如冶金因素和焊接工艺等。在焊接过程中,工艺参数选取不当容易产生过大的残余应力并造成应力集中,而且使得焊接热影响区发生硬化和晶粒粗大,引起应力腐蚀开裂;同时,若选取焊接材料不当也容易造成开裂,所以焊缝的化学成分和组织应尽可能与母材保持一致。归结起来,影响应力腐蚀开裂的因素主要是材质、应力和腐蚀介质三方面,它们之间相互影响。

版权声明:本篇文章(包括图片)来自网络,由程序自动采集,著作权(版权)归原作者所有,如有侵权联系我们删除,联系方式(QQ:452038415)。http://www.apmygs.com/988.html
返回顶部