如何改善焊接冷熱裂紋

㈠ 焊接接頭再熱裂紋產生原因、措施及方法！

近年來，特種設備上低合金高強材料的應用越來越普遍，這與鍋爐壓力容器高溫高壓的工況有關。但特種設備在製造過程中，往往發現焊縫在熱處理後發現裂紋，特別如2.25Cr-1Mo、13MoNiMoR等材料，這引起了製造廠的注意。

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焊接接頭中裂紋的種類很多

結晶裂紋： 焊接熔池凝固結晶時，在液相與固相並存的溫度區間，由於結晶偏析和收縮應力應變的作用，焊縫金屬沿一次結晶晶界形成的裂紋。

此類裂紋只發生在焊縫中(包括弧坑)。

液化裂紋： 焊接過程中，在焊接熱循環峰值溫度作用下，在多層焊縫的層間金屬與母材近縫區金屬中，由於晶間金屬/受熱重新熔化，在一定的收縮應力作用下，沿奧氏體晶界開裂的現象，有的文獻稱為「熱撕裂」。

高溫低塑性裂紋： 在液相結晶完成以後，焊接接頭金屬從材料的塑性恢復溫度開始冷卻，對於某些特殊的材料，當冷卻到一定的溫度范圍時，由於應變速率和某些冶金因素的相互作用，引起塑性下降，導致焊接接頭金屬沿晶界開裂。

一般發生在比液化裂紋的部位距熔合線更遠一些的熱影響區。

再熱裂紋： 焊接後，在消除殘余應力熱處理或不經任何熱處理的焊件，處於一定溫度下服役的過程中，在一定條件下產生的沿奧氏體晶界發展的裂紋。

事實上，再熱裂紋是低合金高強鋼焊接性要解決的主要問題之一，特別是某些含有較多碳化物形成元素如 Cr、Mo、V，並可產生沉澱碳化物的低合金高強鋼和熱強鋼厚板焊縫中，往往就會在焊後消除應力熱處理過程中產生再熱裂紋。

處理這些缺陷既費工又費時，對生產帶來很大影響。下面就再熱裂紋的形成機理和製造過程中的預防措施及檢驗方法進行簡析。

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再熱裂紋的機理

再熱裂紋的形成，簡單來說就是晶內由於強化強度很大而晶界強度較弱，在焊後熱處理時，應力鬆弛時的形變集中加在了晶界上，一旦晶界應變超出了晶界的強度極限時，會導致沿晶界開裂產生裂紋。

(1)再熱裂紋形成的內因 焊接時，熔合線附近的熱影響區被加熱到1200℃左右，尤其是厚板多次被加熱後，晶粒粗大，而在冷卻時強碳化物析出較慢。

同樣在埋弧焊時，由於線能量較大，焊縫中間的晶粒也較粗大，在隨後的SR處理(480～680℃)過程中，碳化物(V4C3、NbC、MoC等)在晶內彌散沉澱，從而強化了晶內(晶內熱強性好)，使熱處理時，應力鬆弛時的應變集中載入在晶界上;

晶粒粗大，使承載應變的晶界數銳減，同樣應變單位晶界應變數大大增加；

另外，在焊後SR處理時，低熔點雜質及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析於晶界，減弱了晶界的塑性，應變超過晶界的塑性極限就形成開裂。

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

焊後消應力熱處理時，焊接殘余應力通過鬆弛蠕變變形得以降低，當材料的變形難以滿足這種變形要求時，就會產生裂紋。

在焊接區，低熔點化合物、偏析及粗晶脆化區的存在，由於晶界強度、韌性不足，不能抵抗蠕變膨脹變形而產生裂紋失效。

蠕變變形 ，實際上是一個受熱膨脹的過程，在這個過程中是產生膨脹拉應力，來抵消一部分焊接過程中產生的壓應力，當冷卻收縮時產生收縮力來抵消部分焊接過程中產生的拉應力，從而使應力峰值降低。

因此，在焊接區內微缺陷氣孔、夾渣等應力集中區，當膨脹力與該區應力疊加後產生高峰值的拉應力，峰值大於材料的強度值時，原來維持不失效的平衡將被打破而產生裂紋。

這些應力集中的區域應力分布的狀態很復雜，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，該種缺陷處於V型坡口焊接時的下部，這些缺陷受的是拉應力，處於上方時，受的是壓應力。這也是很多再熱裂紋多存在於焊接區的根部的原因。

復合堆焊過渡層由於是異種鋼的焊接，組織非常復雜，又處於拉應力的區域，故產生的再熱裂紋的傾向也是很大的。

預防措施： 從再熱裂紋的形成機理原因分析，預防的措施有以下幾個方面:

嚴格控制原材料： 在原材料的采購上，鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等強碳化物形成元素，對再熱裂紋形成有很大影響，需嚴格控制，還有能形成硫磷共晶物的 S、P 含量，采購焊接材料時也要有同樣的要求，這樣的措施是解決產生再熱裂紋內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(嚴格控制S、P、 V、Nb等元素含量)，焊縫金屬強度取下限。

制定合理的焊接規范:

① 盡可能地降低焊接線能量，控制預熱層間溫度。這兩者決定了焊縫金屬的冷卻條件，焊縫區顯微組織有很大影響。

一般來講，採用小線能量多道多層並適當提高焊縫區的冷卻速度，有助於改善顯微組織、提高沖擊韌性、防止熱裂紋產生是有利的。

但過低的層間溫度，將不利於氫的逸出,有產生冷裂紋的危險，因此控製冷卻速度,獲取細化的晶粒應著重考慮從控制線能量的大小上著手。

② 採取適當的預熱措施。採取適當的預熱措施，可以軟化淬硬層的硬度、提高韌性、提高抗裂性。

控制焊接過程，減少微小缺陷量：

認真執行焊接規范，減少微小缺陷，減少熔敷金屬量,採用窄間隙焊也是控制再熱裂紋的有效措施。

通過上面的論述，這些微小缺陷，不超標的缺陷，由於是應力集中點，因此，在熱處理釋放應力過程中，有應力疊加的原因，造成再熱裂紋。因此，控制這些缺陷也是必要的。

控制焊接殘余應力：

焊接殘余應力在熱處理蠕變膨脹力作用下，特別是在應力疊加為拉應力的情況下，焊縫中的應力集中點，碳化物產生的沉澱硬化區後晶界的薄弱環節，抵抗不了應變造成開裂。

因此在熱處理前，減小殘余應力的手段也能減少再熱裂紋的產生。

①採用半道中間熱處理。

②採用高頻超聲波沖擊法。

這兩種手段都能有效地減少焊接殘余應力。

焊後熱處理:

在焊後熱處理過程中，控制升溫以及降溫的速度，以較緩慢均勻地膨脹、收縮,減小再熱裂紋的產生。

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檢驗檢測鑒別缺陷的方法

一般使用的表面探傷只能指定有無缺陷，要能確定缺陷產生的真正原因還需要用下列方法進行檢驗：

復型金相法： 復型金相法常用於現場的非破壞檢驗。當工件處於振動或部位窄小時，可用復型金相法。

製取的復型易長期保存，且能在試驗室用顯微鏡進行觀察分析和拍照。用大工件金相檢查儀與復型金相法配合使用效果更好。

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被檢部位表面試樣制備

復型材料可用1～2mm厚的有機玻璃片，也可用醋酸纖維或硝酸纖維薄膜(AC紙)。有機溶劑可用氯仿、丙酮、醋酸乙脂等。

先將薄膜按所需大小截成小塊。操作時，在已制備好的試樣表面上滴加適量的有機溶劑，並迅速覆蓋有機玻璃片或薄膜，用手指或膠皮輕輕壓緊，使其間的氣泡逸出。待其充分乾燥後，即可取下，進行觀察、拍照。 

為了增加組織襯度，被檢表面浸蝕可略深一些，或在有機溶劑中加入適量著色劑。

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用大工件金相檢查儀微觀檢驗

微觀檢驗包括浸蝕前的檢驗及浸蝕後的檢驗：浸前主要檢查試樣有無裂紋、非金屬夾雜物及制樣過程中所引起的缺陷；浸蝕後，主要檢驗試樣的顯微組織。

觀察時，一般先用顯微鏡的75～100倍觀察低倍組織全貌。需觀察細微的組織時,再選用適宜的高倍率。

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管道和部件的微觀檢驗

a 鑒別材料中非金屬夾雜物、顯微裂紋的類型，觀察其形態和分布，測量其數量和大小。

b 鑒別被檢件顯微組織的組成，各種組織的形貌、分布和數量。對晶粒度、帶狀組織、非金屬夾雜物、魏氏組織、球化組織、脫碳層等作出評定。

c 鑒別組織特徵，判定熱處理工藝狀態，必要時為重新制定熱處理工藝提供依據。

d 鑒別以上缺陷與所檢裂紋之間有無關聯等。

由於再熱裂紋不是在焊接過程產生，而是在熱處理或運行時產生的，因此再熱裂紋有一定的隱蔽性，進而出現事故具有不可預見性，進而會造成更大的損失。所以必須在特種設備的前期設計、製造、檢驗等各環節預先考慮到再熱裂紋的出現。

㈡ 防止焊接熱裂紋的措施有哪些

第一、焊前採取合適的預熱措施；第二，使用含S、P元素少的焊接材料，防止焊縫在凝固時形成低熔點化合物；第三，焊接時盡量減小焊接線能量，焊條焊絲擺幅不宜過大，採用單道快速焊；第四，採取正確的焊後熱處理工藝，防止熱處理時產生熱裂紋。

㈢ 焊接時熱裂紋產生的原因及防止方法是什麼

產生原因：是由於熔池冷卻結晶時，受到的拉應力作用，而凝固時，低熔點共晶體形成的液態薄層共同作用的結果。
防止方法：
①控制焊縫中的有害雜質的含量即碳、硫、磷的含量，減少熔池中底熔點共晶體的形成。
②預熱：以降低冷卻速度，改善應力狀況。
③採用鹼性焊條，因為鹼性焊條的熔渣具有較強脫硫、脫磷的能力。
④控制焊縫形狀，盡量避免得到深而窄的焊縫。
⑤採用手弧板，將弧坑引至焊件外面，即使發生弧坑裂紋，也不影響焊件本身。

㈣ 對於焊縫裂紋,原則上要怎麼做並作怎麼處理

原則上方法：

①限制鋼材及焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量。特別是減少硫、磷等雜質的含量及降低碳的含量。

②調節焊縫的化學成分，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共晶的影響。

③提高焊條的鹼度，以降低焊縫中的雜質的含量。

④控制焊接規范，適當提高焊縫系數，用多層多道焊法，避免中心偏析，可防止中心線裂紋。

⑤採取降低焊接應力的措施，收弧時填滿弧坑。

處理：收縮裂紋一般在收弧的時候產生，所以在收弧的時候有收弧動作（多點焊幾次，填滿弧坑）就可以避免。

(4)如何改善焊接冷熱裂紋擴展閱讀：

焊接裂紋不僅發生於焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產生於焊後的再次加熱過程中。焊接裂紋根據其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。

按焊縫結合形式不同可分為對接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種。

1）對接焊縫。在焊件的坡口面間或一零件的坡口面與另一零件表面間焊接的焊縫。

2）角焊縫。沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。

3）端接焊縫。構成端接接頭所形成的焊縫。

4）塞焊縫。兩零件相疊，其中一塊開圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，只在孔內焊角恆縫者不為塞焊。

5）槽焊縫。兩板相疊，其中一塊開長孔，在長孔中焊接兩板的焊縫，只焊角焊縫者不為槽焊。

㈤ 熱裂紋產生的原因及防治方法

熱裂紋常發生在鑄件最後凝固並且容易產生應力集中的部位，如熱節、拐角或靠近內澆口等處。熱裂紋分為內裂紋和外裂紋。內裂紋產生在鑄件內部最後凝固的地方，有時與晶間縮孔、縮松較難區別。外裂紋在鑄件的表面可以看見，其始於鑄件的表面，由大到小逐漸向內部延伸，嚴重時裂紋將貫穿鑄件的整個斷面。

宏觀裂紋：由於熱裂紋是在高溫下形成的，因此裂紋的表面與空氣接觸並被氧化而呈暗褐色甚至黑色，同時熱裂紋呈彎曲狀而不規則。
微觀裂紋：沿晶界發生與發展，熱裂紋的兩側有脫碳層並且裂紋附近的晶粒粗大，並伴有魏氏組織
熱裂紋形成的溫度范圍
熔模鑄件的熱裂紋到底是在什麼溫度下發生的，長期以來說法不一．到目前為止歸納起來仍有兩種：其一，熱裂紋是在凝固溫度范圍內但接近於固相線溫度時形成的，此時合金處於固-液態；其二，熱裂紋是在稍低於固相線溫度時形成的，此時合金處於固態。
熱裂紋的防止措施
1．提高鑄件在高溫時的強度與塑性
(1)合理選材
選材是一項極為復雜的技術和經濟問題。所渭合理選材就是選用的材質應該同時滿足鑄件的使用性、工藝性和經濟性。對於鑄件而言，主要是鑄造工藝性(熱裂性、流動性和收縮性等)。如果該材質的鑄造工藝性能不佳，熱裂傾向性大，那麼澆注出來的鑄件產生熱裂紋的廢品率就高。
(2)保證熔煉質量
在鑄鋼合金成分中，最有害的化學成分是硫。當wS＞0.03％，以O.05％的臨界鋁含量脫氧，硫化物以鏈狀共晶形式分布時，塑性很低，易引起熱裂紋。在熔煉時，可以加入適量的強脫硫劑稀土元素，以減少合金中的含硫量。只要稀土元素的加入工藝合理，其脫硫效果為40％～50％：並且稀土元素能細化晶粒，改變夾雜物的形態與分布，從而減輕了熱裂紋的程度(指裂紋的大小與深淺)和降低了熱裂紋的數量。
另外，分布於鑄鋼晶界的低熔點夾雜物將降低它的強度和塑性，並且隨著夾雜物的增多，強度和塑性下降，促使形成熱裂紋。在熔煉時，應選用干凈、清潔的爐料；採用合理的熔煉工藝，加強操作，才能保證熔煉質量。
2.提高型殼的退讓性，減少鑄造應力
(1)鑄件的結構
其與形成熱裂紋的關系很大。結構不合理，如壁厚相差較大、熱節較多而且較大、壁厚薄的轉角處圓角太小或呈尖角引起應力集中等，均會引起熱裂紋的產生。
鑄件的壁厚不勻，導致鑄件的冷卻速度不一致。薄壁處先冷凝，並且有一定的強度，其對厚壁處的冷凝收縮起到阻礙作用(使厚壁處收縮時受到拉應力)。當阻力超過此時厚壁處合金的強度極限時，就產生熱裂紋。
鑄件壁厚薄的轉角處圓角太小或呈尖角，引起應力集中，促使熱裂紋的產生；圓角太大，又出現新的熱節。因此，應通過實驗選擇適當的鑄造圓角。
(2)澆注系統
澆冒口的設置可能造成鑄件收縮時的熱阻礙和機械阻礙。鑄件在靠近內澆道的部位，凝固的較晚、冷卻較慢。因此，鑄件在此薄弱的部位容易引起熱裂紋。如果將內澆道分散，使金屬液從幾處進入型腔，就能分散熱應力，減少鑄件收縮時的熱阻礙和機械阻礙，防止或減少熱裂紋的產生。
為了使熔模鑄件順序凝固，以利於補縮，而把內澆道設置在鑄件厚大處。這使鑄件上的熱量分布極不均勻，產生較大的溫度梯度，鑄件收縮很不一致，易造成熱裂紋。這就需要改變內澆道的位置，使鑄件由順序凝固變為同時凝固。鑄件各處的溫度均勻，冷凝較一致，可以減少或防止了鑄件形成熱裂紋。這樣做可能減少了熱裂紋，卻可能使鑄件產生縮孔和縮松。
(3)澆注工藝
澆注溫度和澆注速度對鑄件產生熱裂紋的影響比較復雜。一般來說，對於薄壁件宜採用較高的澆注溫度和較快的澆注速度。這可以使鑄件溫度很快趨向均勻，防止局部過熱，同時可以使鑄件冷凝較慢，減少鑄件的收縮應力，從而減少或防止熱裂紋的產生。對於厚壁件宜採用較低的澆注溫度和較慢的澆注速度。如果厚壁件也採用高的澆注溫度和快的澆注速度，則金屬液的收縮大、晶粒粗化，更易使鑄件產生熱裂紋；嚴重時將使鑄件同時形成熱裂紋和縮孔(如果兩個缺陷出現在同一個部位，即為縮裂)。
(4)型殼的退讓性
鑄件在冷凝過程中收縮受到型殼的阻礙時產生了收縮應力，收縮應力的大小直接影響到鑄件是否產生熱裂紋。因此，提高型殼的退讓性非常重要。型殼的退讓性好，則鑄件收縮時的阻力小，形成熱裂紋的可能性小。

㈥ 焊接時熱裂紋產生的原因及防止方法是什麼

熱裂紋是高溫下在焊縫金屬和焊縫熱影響區中產生的一種沿晶裂紋。
冷裂紋是由於材料在室溫附近溫度下脆化而形成的裂紋。
預熱和焊後熱處理都是控製冷裂紋，一個是控制脆硬組織產生、另一個消除擴散氫的含量。
熱裂紋的主要採取控制母材和焊材雜質的含量。