2010/10/14 15:08:05
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内容摘要:异种钢焊接接头裂纹异种钢焊接时,通常出现下列形式的裂纹
1)近缝区裂纹
①渗透性裂纹。大多数发生在具有淬火倾向的高合金马氏体钢或一般低、中合金的珠体钢焊接中。近缝区裂纹形态为与熔合线平行并与熔合线稍有一点距离处。
在异种钢焊接可能由于成分不同的焊缝金属与热影响区金属相互作用而引起的渗透性裂纹。例如,用黄铜焊丝焊接钢-铜接头时,特别是气焊的条件下,如果高温停留时间过长,有可能由于黄铜沿着钢的奥氏体晶界往母材金属深处渗透,导致母材金属的晶界裂纹,叫做渗透性裂纹。
②熔合区的裂纹。异种钢焊接接头熔合区的裂纹,与该部位的成分不均匀性和组织不均匀性有直接关系。从微观上看,这里存在着由一种材料A过渡到另一种材料B(或D)的所有中间成分合金。在母材金属A、B能形成连续无限互熔的场合下(此时焊缝成分D)必属于A、B的二元固溶体,这些中间成分也都有性能良好的固熔合金,通常不会产生裂纹。若母材金属A(或B)、D两种成分构成复杂的相图,其中存在着导致裂纹的硬脆化合物中间相或产生淬火硬化,则可能在此萌生裂纹。不过,如采用良好的工艺措施,使得由焊缝D到母材金属A(或B)之间的熔合区过渡层比较薄,特别是其中的不均匀搅拌层很薄时,这种有害组织相的几何尺寸极小或甚至根本不能形成,其危害性就能大大降低甚至消除。但若母材金属A(或B)与D之间线胀系数、弹性模量等方面有较大的差异。即使过渡层很薄,应力梯度很大,不连续应力状态严重,也有可能导致焊后冷却过程中出现应力裂纹。
③氢致延迟裂纹。近缝区有可能形成冷裂纹,这是因为在珠光体钢母材近缝区形成硬脆的马氏体组织所致,它是在淬火钢母材的近缝区,由于氢的扩散而产生氢致裂纹。
但是,如果焊接接头有奥氏体存在,由于奥氏体钢的高塑性,其溶氢能力强及氢的扩散能力弱,因而在有奥氏体存在的条件下,产生氢致裂纹的可能性大大降低。
④液化裂纹。近缝区也有可能形成液化裂纹,特别是当母材的化学成分比较复杂、有析出物存在时,就可能产生液化裂纹,这在前面有关章节中已有讨论。
2)焊缝金属中的结晶裂纹。为了使焊接接头具有良好的塑性,一般希望焊缝金属为纯奥氏体组织,而此时恰恰最易出现焊缝中心裂纹。其形成机理与奥氏体不锈钢焊接形成结晶裂纹一样,可以用消除奥氏体不锈钢焊接结晶裂纹一样来选择焊接材料加以防止。
3)焊接接头中的热疲劳裂纹。异种钢焊接时由于两种母材金属热物理性能不同,可能会造成较大的残余应力而引发热疲劳裂纹。例如,珠光体钢和奥氏体不锈钢在20~600℃温度范围内线胀系数分别为(13.5~14.5)×10-6/℃和(16.5~18.5)×10-6/℃,焊后焊接接头必然会出现较大的残余应力,在奥氏体焊缝一侧承受拉应力,而在珠光体钢焊缝一侧承受压应力,即使通过焊后热处理也不能消除,只会使残余应力重新分布。如果上述异种钢焊接接头在高温下运行还会产生很大的热应力,尤其是在周期性加热和冷却的工作条件下服役,焊接接头就要承受严重的热交变应力,会在珠光体钢一侧的熔合区中产生热疲劳裂纹,并沿脱碳层扩散,导致焊接接头在短期内破坏。
但是,总的说来,由于奥氏体不锈钢及奥氏体不锈钢的优良的塑性、小的屈强比、溶氢能力强及氢的扩散系数小等原因,只要焊缝金属为奥氏体+5%~15%δ铁素体的双相组织,其各种裂纹倾向性并不大。
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