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[导读]钢材的淬硬倾向越大,焊接时越容易产生冷裂纹。淬硬倾向大的金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷,这些缺陷在应力和热力不平衡的条件下,可能形成裂纹源,甚至扩展形成宏观裂纹。

冷裂纹产生的三大因素包括淬硬倾向、氢的存在和焊接接头的应力状态。以下是详细介绍:

淬硬倾向。钢材的淬硬倾向越大,焊接时越容易产生冷裂纹。淬硬倾向大的金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷,这些缺陷在应力和热力不平衡的条件下,可能形成裂纹源,甚至扩展形成宏观裂纹。

氢的存在。氢是引起高强钢焊接时形成冷裂纹的重要因素之一,并且使之具有延迟的特征。氢在钢中的扩散、在微观缺陷处聚集、产生应力,直至开裂纹都需要一定的时间。高强钢焊接接头的氢含量越高,裂纹敏感性越大,当氢含量大于某一临界值时,便会开始出现裂纹。

焊接接头的应力状态。焊接接头的热应力(不均匀加热和冷却)、相变应力(相变时组织的体积变化)及结构形式、焊接顺序等都会形成拘束力,这些应力状态对冷裂纹的产生有重要影响。

冷裂纹是指在焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度,即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)所产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹,因为氢是最活跃的诱发因素,而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。冷裂纹的延迟时间不定,由几秒钟到几年不等。

1、产生的温度和时间不同

热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中。冷裂纹大致发生在焊件冷却到200~300℃,有的焊后会立即出现,有的可以延至几小时到几周甚至更长时间才会出现。所以冷裂纹又称延迟裂纹。

2、产生的部位和方向不同

热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中,有的是纵向,有的是横向,有时热裂纹也会延伸到基本金属中去。冷裂纹大多数产生在基本金属或熔合线上,大多数为纵向裂纹,少数为横向裂纹。

3、外观特征不同

热裂纹断面都有明显的氧化色。冷裂纹断口发亮,无氧化色。

4、金相结构不同

热裂纹都是沿晶界开裂的。冷裂纹是贯穿晶粒内部,即穿品开裂,不过也有的是沿晶界开裂。

冷裂纹是指在焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度,即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)所产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹,因为氢是最活跃的诱发因素,而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。冷裂纹的延迟时间不定,由几秒钟到几年不等。

热裂纹是指在高温下结晶时产生的,而且都是沿晶开裂,所以也称为结晶裂纹。这种裂纹可在显微镜下观察到,具有晶间破坏的特征,在裂纹的断面上多数具有氧化色。热裂纹主要出现在含杂质较多的焊缝中(特别是含硫、磷、碳较多的碳钢焊缝中)和单相奥氏体或某些铝合金焊缝中,有时也产生在热影响区中。有纵向的,也有横向的。

冷裂纹

冷裂缝一般是指焊缝在冷却过程中至A3温度以下所产生裂缝。形成裂缝的温度通常为300~200℃以下,在马氏体转变温度范围内,故称冷裂缝。

冷裂缝可以在焊接后立即出现,也可以在焊接以后的较长时间才发生,故也称为延迟裂缝。由于冷裂缝的产生与氢有关,也称氢致裂缝。冷裂缝的产生具有延迟性质,有可能造成预料不到的严重事故。因此,它具有更大的危险性,必须充分重视。

冷裂纹产生原因

形成冷裂缝的基本条件是:焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。这三个条件相互影响,相互促进。在不同情况下,三者中任何一个因素都可能导致冷裂纹的产生,其中扩散氢是诱发冷裂缝的最活跃的因素。

冷裂纹防治措施

1)采用碱性焊条或焊剂,减少焊缝金属中的扩散氢含量。碱性焊条又称低氢焊条,能降低焊缝金厲中的含氢量。

2)焊条和焊剂在使用之前应严格按照规定的要求进行烘干。此外,还应仔细清理坡口和焊丝,去除油污、水份和锈斑等赃物,以减少氢的来源。

3)选择合理的焊接规范和线能量,如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷等,改善焊缝及热影响区组织状态。

4)焊后及时进行热处理。一是进行退火处理,以消除内应力,使淬火组织回火,改善其韧性;二是进行消氢处理,使氢从焊接接头中充分逸出。

5)提髙钢材质量,减少钢材中的层状夹杂物,从结构设计和焊接工艺方面采取措施减小板厚方向上的焊接拉应力,可防止层状撕裂。

6)采取降低焊接应力的各种工艺措施

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