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再熱裂紋的機(jī)理

再熱裂紋的形成,簡單來說就是晶內(nèi)由于強(qiáng)化強(qiáng)度很大而晶界強(qiáng)度較弱,在焊后熱處理時(shí),應(yīng)力松弛時(shí)的形變集中加在了晶界上,一旦晶界應(yīng)變超出了晶界的強(qiáng)度極限時(shí),會(huì)導(dǎo)致沿晶界開裂產(chǎn)生裂紋。

(1)再熱裂紋形成的內(nèi)因  焊接時(shí),熔合線附近的熱影響區(qū)被加熱到1200℃左右,尤其是厚板多次被加熱后,晶粒粗大,而在冷卻時(shí)強(qiáng)碳化物析出較慢,同樣在埋弧焊時(shí),由于線能量較大,焊縫中間的晶粒也較粗大,在隨后的SR處理(480～680℃)過程中,碳化物(V4C3、NbC、MoC等)在晶內(nèi)彌散沉淀,從而強(qiáng)化了晶內(nèi)(晶內(nèi)熱強(qiáng)性好),使熱處理時(shí),應(yīng)力松弛時(shí)的應(yīng)變集中加載在晶界上;晶粒粗大,使承載應(yīng)變的晶界數(shù)銳減,同樣應(yīng)變單位晶界應(yīng)變量大大增加;另外,在焊后SR處理時(shí),低熔點(diǎn)雜質(zhì)及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析于晶界,減弱了晶界的塑性,應(yīng)變超過晶界的塑性極限就形成開裂。

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(2)再熱裂紋形成的外因  上面簡述了再熱裂紋的內(nèi)因,但要產(chǎn)生再熱裂紋還需要外因的存在,外因的產(chǎn)生應(yīng)該從焊接殘余應(yīng)力和膨脹應(yīng)力兩個(gè)部分來考慮。

焊后消應(yīng)力熱處理時(shí),焊接殘余應(yīng)力通過松弛蠕變變形得以降低,當(dāng)材料的變形難以滿足這種變形要求時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂紋。在焊接區(qū),低熔點(diǎn)化合物、偏析及粗晶脆化區(qū)的存在,由于晶界強(qiáng)度、韌性不足,不能抵抗蠕變膨脹變形而產(chǎn)生裂紋失效。

蠕變變形,實(shí)際上是一個(gè)受熱膨脹的過程,在這個(gè)過程中是產(chǎn)生膨脹拉應(yīng)力,來抵消一部分焊接過程中產(chǎn)生的壓應(yīng)力,當(dāng)冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生收縮力來抵消部分焊接過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力,從而使應(yīng)力峰值降低。因此,在焊接區(qū)內(nèi)微缺陷氣孔、夾渣等應(yīng)力集中區(qū),當(dāng)膨脹力與該區(qū)應(yīng)力疊加后產(chǎn)生高峰值的拉應(yīng)力,峰值大于材料的強(qiáng)度值時(shí),原來維持不失效的平衡將被打破而產(chǎn)生裂紋。這些應(yīng)力集中的區(qū)域應(yīng)力分布的狀態(tài)很復(fù)雜,受厚度位置的不同而存在差異,受周圍是否有接管等拘束的不同而不同。比如,該種缺陷處于V型坡口焊接時(shí)的下部,這些缺陷受的是拉應(yīng)力,處于上方時(shí),受的是壓應(yīng)力。這也是很多再熱裂紋多存在于焊接區(qū)的根部的原因。復(fù)合堆焊過渡層由于是異種鋼的焊接,組織非常復(fù)雜,又處于拉應(yīng)力的區(qū)域,故產(chǎn)生的再熱裂紋的傾向也是很大的。

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預(yù)防措施:從再熱裂紋的形成機(jī)理原因分析,預(yù)防的措施有以下幾個(gè)方面:

嚴(yán)格控制原材料:在原材料的采購上,鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等強(qiáng)碳化物形成元素,對(duì)再熱裂紋形成有很大影響,需嚴(yán)格控制,還有能形成硫磷共晶物的 S、P 含量,采購焊接材料時(shí)也要有同樣的要求,這樣的措施是解決產(chǎn)生再熱裂紋內(nèi)因的較為有效的措施之一。

選擇熱裂紋敏感性低的焊接材料(嚴(yán)格控制S、P、 V、Nb等元素含量),焊縫金屬強(qiáng)度取下限。