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再热裂纹的机理
再热裂纹的形成,简单来说就是晶内由于强化强度很大而晶界强度较弱,在焊后热处理时,应力松弛时的形变集中加在了晶界上,一旦晶界应变超出了晶界的强度极限时,会导致沿晶界开裂产生裂纹。
(1)再热裂纹形成的内因 焊接时,熔合线附近的热影响区被加热到1200℃左右,尤其是厚板多次被加热后,晶粒粗大,而在冷却时强碳化物析出较慢,同样在埋弧焊时,由于线能量较大,焊缝中间的晶粒也较粗大,在随后的SR处理(480～680℃)过程中,碳化物(V4C3、NbC、MoC等)在晶内弥散沉淀,从而强化了晶内(晶内热强性好),使热处理时,应力松弛时的应变集中加载在晶界上;晶粒粗大,使承载应变的晶界数锐减,同样应变单位晶界应变量大大增加;另外,在焊后SR处理时,低熔点杂质及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析于晶界,减弱了晶界的塑性,应变超过晶界的塑性极限就形成开裂。
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(2)再热裂纹形成的外因 上面简述了再热裂纹的内因,但要产生再热裂纹还需要外因的存在,外因的产生应该从焊接残余应力和膨胀应力两个部分来考虑。
焊后消应力热处理时,焊接残余应力通过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,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。
蠕变变形,实际上是一个受热膨胀的过程,在这个过程中是产生膨胀拉应力,来抵消一部分焊接过程中产生的压应力,当冷却收缩时产生收缩力来抵消部分焊接过程中产生的拉应力,从而使应力峰值降低。因此,在焊接区内微缺陷气孔、夹渣等应力集中区,当膨胀力与该区应力叠加后产生高峰值的拉应力,峰值大于材料的强度值时,原来维持不失效的平衡将被打破而产生裂纹。这些应力集中的区域应力分布的状态很复杂,受厚度位置的不同而存在差异,受周围是否有接管等拘束的不同而不同。比如,该种缺陷处于V型坡口焊接时的下部,这些缺陷受的是拉应力,处于上方时,受的是压应力。这也是很多再热裂纹多存在于焊接区的根部的原因。复合堆焊过渡层由于是异种钢的焊接,组织非常复杂,又处于拉应力的区域,故产生的再热裂纹的倾向也是很大的。
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预防措施:从再热裂纹的形成机理原因分析,预防的措施有以下几个方面:
严格控制原材料:在原材料的采购上,钢中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等强碳化物形成元素,对再热裂纹形成有很大影响,需严格控制,还有能形成硫磷共晶物的 S、P 含量,采购焊接材料时也要有同样的要求,这样的措施是解决产生再热裂纹内因的较为有效的措施之一。
选择热裂纹敏感性低的焊接材料(严格控制S、P、 V、Nb等元素含量),焊缝金属强度取下限。