冷裂紋

冷裂紋

冷裂紋是指在焊接接頭冷卻到較低溫度時(對於鋼來說在MS溫度,即奧氏體開始轉變為馬氏體的溫度以下)所產生的焊接裂紋。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋(即在焊後延遲一段時間才發生的裂紋,因為氫是最活躍的誘發因素,而氫在金屬中擴散、聚集和誘發裂紋需要一定的時間)。冷裂紋的延遲時間不定,由幾秒鐘到幾年不等。

基本介紹

  • 中文名:冷裂紋
  • 外文名:Cold crack
  • 產生原因:結構不合理、焊縫不當
  • 處理方法:在裂紋兩端鑽止裂孔
  • 分類:淬硬脆化裂紋、延遲裂紋等
  • 套用:冶金
簡介,分類,產生原因,防止冷裂紋產生措施,冷裂紋與熱裂紋區別,

簡介

焊接接頭冷卻到較低溫度下時產生的焊接裂紋叫冷裂紋。主要發生在重碳鋼、高碳鋼、低合金高強鋼、中合金鋼高強鋼、馬氏體不鏽鋼的焊接熱影響區,一些超高強度鋼、鈦合金有時也出現在焊縫中。焊接冷裂紋主要分布在焊道下、焊縫根部、焊趾、焊縫表面,具有沿品及穿晶斷裂特徵,斷口明亮有金屬光澤,,同熱裂紋一樣,其斷裂條件是:焊接接頭局部位置的延性δmin不足以承受所發生的應變占的作用,即ε≥δmin時發生斷裂。焊接冷裂紋包括淬硬脆化裂紋、延遲裂紋、低塑性脆化裂紋。

分類

1、淬硬脆化裂紋
淬硬傾向大的鋼在焊接熱循環作用下產生淬硬組織,在應力作用下產生裂紋。產生裂紋的敏感溫度在Ms附近,焊接接頭冷卻到一定溫度以下即出現裂紋,沒有延遲開裂特徵。一些超高強度鋼、馬氏體不鏽鋼、工具鋼具有較高的淬硬脆化裂紋敏感性。
2、延遲裂紋
焊接接頭冷卻到室溫後並在一定時間(幾小時、幾天,甚至十幾天)才出現的焊接冷裂紋稱延遲裂紋。延遲裂紋的影響岡素有淬硬組織、氫、應力。鋼的淬硬傾向越大,焊接時越容易形成脆硬的馬氏體組織,產生裂紋的敏感性越高;焊縫金屬中的擴散氫是延遲裂紋形成的主要閃素,氫含量越高,延遲裂紋的敏感性越大;存在應力是產生延遲裂紋的必要條件,應力主要有:由焊接的不均勻加熱和冷卻過程引起的熱應力、由金屬相變發生的體積變化而引起的棚變應力、由結構剛度和約束引起的拘束應力。
3、低塑性脆化裂紋
被焊母材或焊縫金屬本身塑性過低,在焊接熱應力和拘束應力作用下,發生的應變大於其延性而產生的裂紋。低塑性脆化裂紋與氫的作用無關,與焊接形成的脆硬組織也無必然聯繫,根本原因在於母材塑性過低。低塑性脆化裂紋在焊接接頭冷卻到一定溫度以下即出現,多出現在焊縫和熱影響區表面,沒有延遲特徵。鑄鐵、硬質合金堆焊容易產生低塑性脆化裂紋,高合金化鈦合金、鈦鋁金屬間化合物等航空材料也容易產生這類裂紋。
下圖是Ti3Al合金焊接接頭低塑性脆化裂紋。
Ti3Al合金焊接接頭低塑性脆化裂紋Ti3Al合金焊接接頭低塑性脆化裂紋

產生原因

1、焊接接頭存在淬硬組織,性能脆化。
2、擴散氫含量較高,使接頭性能脆化,並聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子,造成非常大的局部壓力。(氫是誘發延遲裂紋的最活躍因素,故有人將延遲裂紋又稱氫致裂紋)
3、存在較大的焊接拉應力。

防止冷裂紋產生措施

主要從降低擴散氫含量、改善組織和降低焊接應力等方面來防止冷裂紋的產生。具體措施有:
1、焊前預熱和焊後緩冷。這不僅可以改善焊接接頭的金相組織,降低熱影響區的硬度和脆性,而且可以加速焊縫中的氫向外擴散,並可以起到減少焊接應力的作用。
2、選擇合適的焊接規範。若焊接速度太快,由於冷卻速度快,易形成淬火組織;若焊接速度太慢,會使熱影響區變寬,晶粒變粗大。因此焊接速度過快或過慢,都會促使冷裂紋的產生。
3、採用合理的裝配和焊接順序。減小焊接接頭的約束應力,改善焊件的應力狀態。
4、選用合適的焊接材料。如選用鹼性低氫型焊條和鹼度高的埋弧焊劑。焊前要烘乾焊條、焊劑,並做到隨用隨取。清除焊絲中的油、銹等污物,以降低焊縫中的擴散氫含量。
5、焊前應仔細清除坡口周圍基本金屬表面的水、油、銹等污物.以減少氫的來源。
6、焊後應立即進行去氫處理,使氫從焊接接頭中充分逸出。
7、焊後(特別對易淬火鋼)應立即進行消除應力的退火處理。這樣不僅可以減少或消除焊接殘餘應力,改善接頭的顯微組織和性能。同時也可以促使焊縫中的氧向外擴散

冷裂紋與熱裂紋區別

1、產生的溫度和時間不同
熱裂紋一般產生在焊縫的結晶過程中。冷裂紋大致發生在焊件冷卻到200~300℃,有的焊後會立即出現,有的可以延至幾小時到幾周甚至更長時間才會出現。所以冷裂紋又稱延遲裂紋。
2、產生的部位和方向不同
熱裂紋絕大多數產生在焊縫金屬中,有的是縱向,有的是橫向,有時熱裂紋也會延伸到基本金屬中去。冷裂紋大多數產生在基本金屬或熔合線上,大多數為縱向裂紋,少數為橫向裂紋。
3、外觀特徵不同
熱裂紋斷面都有明顯的氧化色。冷裂紋斷口發亮,無氧化色。
4、金相結構不同
熱裂紋都是沿晶界開裂的。冷裂紋是貫穿晶粒內部,即穿品開裂,不過也有的是沿晶界開裂。

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