焊接接头再热裂纹 系列1-基本介绍

                                                                                                   



前言

在前几期中，老愚带大家认识了焊接接头的热裂纹和冷裂纹，以及如何科学地预防这两种焊接裂纹。在实际焊接过程和设备服役过程中，还会经常遇到另外一种裂纹——再热裂纹。由于此话题内容较多，老愚分三期给大家讲解。


1再热裂纹的概述 对于一些不锈钢和低合金钢（高强钢/珠光体耐热钢），在焊后热处理或设备长期高温服役过程中，在焊接接头处会出现裂纹（特别是热影响区的粗晶区），这被称之为再热裂纹。
再热裂纹一般都是发生在热影响区的粗晶区，裂纹的方向一般都是沿熔合线，即沿晶开裂。

图1 再热裂纹导致的事故
2再热裂纹的产生时机及敏感温度 再热裂纹的敏感温度大致在500-700℃。
不锈钢的再热裂纹和低合金钢（高强钢/珠光体耐热钢）的再热裂纹，其本质是一样的，仅仅是产生的时机不太一样。
不锈钢的再热裂纹一般是发生在长期高温操作下。（PS：不锈钢设备一般不需要热处理，所以在设备制造阶段是不会出现再热裂纹的）
低合金钢的再热裂纹一般是焊后热处理时产生的。（PS：低合金钢设备的操作温度基本都小于500℃，在此温度区间，焊接接头一般是不会产生再热裂纹的）

图2 热影响区的再热裂纹
3再热裂纹的产生机理 目前，学术界对再热裂纹的产生原因提出了很多解释，还未形成一个统一的说法，总体来看，有三种主流的理论：
3.1 理论一：晶界杂质析集弱化作用 对一些低合金高强钢产生再热裂纹的测试中发现，钢材中的杂质在晶界析集而导致其脆化，这种现象对于再热裂纹的产生有着重要的影响。
（1）对于含有沉淀强化元素钢的粗晶区来说，焊接时，钢中的沉淀相（碳化物，氮化物）固溶在金属中，焊后，由于冷却速度大，来不及析出，而在二次加热时，这些元素的碳化物、氮化物重新在晶内析出，因此使晶内强化，而使晶界相对弱化。
（2）对于含有较多P、S、Sb、Sn、As等元素的钢来说，在再热温度范围，这些元素容易向晶界析集，也能降低晶界抗蠕变的能力。
3.2 理论二：晶内沉淀强化作用Cr、Mo、V、Ni等元素的碳化物、氮化物，以及镍基合金的沉淀相，在一次焊接热作用下因受热而固溶，在焊后冷却不能充分析出，而在二次加热再热处理过程中，由晶内析出这些碳、氮化物及沉淀相，从而晶内强化，这时，应力松弛所产生的变形就集中于晶界，当晶界在塑性不足时，就会产生再热裂纹。
3.3 理论三：蠕变断裂理论再热过程中随着应力松弛，伴随有蠕变现象。
设备焊后消应力热处理或长期高温下操作时，焊接残余应力通过应力松弛蠕变变形得以降低，当材料的变形难以满足这种变形要求时，就会产生裂纹。在焊接区，有低熔点化合物、偏析及粗晶脆化区的存在，由于晶界强度、韧性不足，不能抵抗蠕变膨胀变形而产生裂纹失效。

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