焊接缺陷——常见的几类焊接裂纹

随着钢铁、石油化工、舰船和电力等工业的发展,在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数的方向发展,有的还在低温、深冷、腐蚀介质等环境下工作。
因此,各种低合金高强钢,中、高合金钢、超强钢,以及各种合金材料的应用日益广泛。但是随着这些钢种和合金的应用,在焊接生产上带来许多新的问题,其中较为普遍而又十份严重的就是焊接裂纹。
裂纹有时出现在焊接过程中,也有时出现在放置或运行过程中,及所谓延迟裂纹。因为这种裂纹在制造中无法检测,所以这种裂纹的危害性更为严重。焊接过程中所产生的裂纹有多种多样,就目前的研究,按产生裂纹的本质来分,大体上可分为以下五大类:
一、 热裂纹热裂纹是在焊接时高温下产生的,故称热裂纹。根据所焊金属的材料不同,所产生热裂纹的形态、温度区和主要原因也各不同,因此又把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。
1、结晶裂纹在结晶后期,由于低容共晶形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联结,在拉伸应力作用下发生开裂。
主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中(含硫、磷、铁、碳、硅偏高)和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中。个别情况下,结晶裂纹也能在热影响区产生。
2、高温液化裂纹在焊接热循环峰值温度的作用下,在热影响区和多层焊的层间发生重熔,在应力作用下产生的裂纹。
主要发生在含有铬镍的高强钢、奥氏体钢、以及某些镍基合金的近缝区或多层焊层间部位。母材和焊丝中硫、磷、硅碳偏高时,液化裂纹的倾向将显著增高。


3、多边化裂纹已凝固的结晶前沿,在高温和应力的作用下,晶格缺陷发生移动和聚集,形成二次边界,它在高温处于低塑性状态,在应力作用下产生的裂纹。
多边化裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中或近缝区,它是属于热裂纹的类型。
二、再热裂纹厚板焊接结构,并含有某些沉淀强化合金元素的钢材,在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中,在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。
三、冷裂纹冷裂纹是在焊接中产生的较为普遍的一种裂纹,它是在焊后冷至较低温度下产生的。冷裂纹主要产生在低合金钢、中合金钢、中碳和高碳钢的焊接热影响区。个别情况下,如焊接超高强度钢或某些钛合金时,冷裂纹也出现在焊缝金属上。


根据被焊钢种和结构的不同,冷裂纹也有不同的类别,大致可分为以下三类:
1、延迟裂纹它是冷裂纹中的一种普遍形态,主要特点是不在焊后立即出现,而是有一般孕育期,在淬硬组织、氢和拘束应力的共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹。
2、淬火裂纹这种裂纹基本上没有延迟现象,焊后立即发现,有时发生在焊缝上,有时出现在热影响区。
主要是有淬硬组织,在焊接应力作用下产生的裂纹。
3、低塑性脆化裂纹某些塑性较低的材料,冷至低温时,由于收缩力而引起应变超过了材质本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹。由于是在较低的温度下产生的,所以也是属于冷裂纹的另一形态,但无延迟现象。
四、层状撕裂大型采油平台和厚壁压力容器的制造过程中,有时出现平行于轧制方向的阶梯裂纹,所谓层状撕裂。
主要是由于钢板的内部存在有分层夹杂物(沿轧制方向),在焊接时产生的垂直于轧制方向的应力,致使在热影响区火稍远的地方,产生“台阶”式层状撕裂。
五、应力腐蚀裂纹某些焊接结构(如容器和管道),在腐蚀介质和应力的共同作用下产生的延迟裂纹。
影响应力腐蚀裂纹的因素有结构的材质,腐蚀介质的种类、结构的形态、制造和焊接工艺、焊接材料,以及消除应力的程度等。应力腐蚀是在服役过程中产生的。
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