如何改善焊接冷热裂纹

㈠ 焊接接头再热裂纹产生原因、措施及方法！

近年来，特种设备上低合金高强材料的应用越来越普遍，这与锅炉压力容器高温高压的工况有关。但特种设备在制造过程中，往往发现焊缝在热处理后发现裂纹，特别如2.25Cr-1Mo、13MoNiMoR等材料，这引起了制造厂的注意。

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焊接接头中裂纹的种类很多

结晶裂纹： 焊接熔池凝固结晶时，在液相与固相并存的温度区间，由于结晶偏析和收缩应力应变的作用，焊缝金属沿一次结晶晶界形成的裂纹。

此类裂纹只发生在焊缝中(包括弧坑)。

液化裂纹： 焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属与母材近缝区金属中，由于晶间金属/受热重新熔化，在一定的收缩应力作用下，沿奥氏体晶界开裂的现象，有的文献称为“热撕裂”。

高温低塑性裂纹： 在液相结晶完成以后，焊接接头金属从材料的塑性恢复温度开始冷却，对于某些特殊的材料，当冷却到一定的温度范围时，由于应变速率和某些冶金因素的相互作用，引起塑性下降，导致焊接接头金属沿晶界开裂。

一般发生在比液化裂纹的部位距熔合线更远一些的热影响区。

再热裂纹： 焊接后，在消除残余应力热处理或不经任何热处理的焊件，处于一定温度下服役的过程中，在一定条件下产生的沿奥氏体晶界发展的裂纹。

事实上，再热裂纹是低合金高强钢焊接性要解决的主要问题之一，特别是某些含有较多碳化物形成元素如 Cr、Mo、V，并可产生沉淀碳化物的低合金高强钢和热强钢厚板焊缝中，往往就会在焊后消除应力热处理过程中产生再热裂纹。

处理这些缺陷既费工又费时，对生产带来很大影响。下面就再热裂纹的形成机理和制造过程中的预防措施及检验方法进行简析。

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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。

(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。

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。

制定合理的焊接规范:

① 尽可能地降低焊接线能量，控制预热层间温度。这两者决定了焊缝金属的冷却条件，焊缝区显微组织有很大影响。

一般来讲，采用小线能量多道多层并适当提高焊缝区的冷却速度，有助于改善显微组织、提高冲击韧性、防止热裂纹产生是有利的。

但过低的层间温度，将不利于氢的逸出,有产生冷裂纹的危险，因此控制冷却速度,获取细化的晶粒应着重考虑从控制线能量的大小上着手。

② 采取适当的预热措施。采取适当的预热措施，可以软化淬硬层的硬度、提高韧性、提高抗裂性。

控制焊接过程，减少微小缺陷量：

认真执行焊接规范，减少微小缺陷，减少熔敷金属量,采用窄间隙焊也是控制再热裂纹的有效措施。

通过上面的论述，这些微小缺陷，不超标的缺陷，由于是应力集中点，因此，在热处理释放应力过程中，有应力叠加的原因，造成再热裂纹。因此，控制这些缺陷也是必要的。

控制焊接残余应力：

焊接残余应力在热处理蠕变膨胀力作用下，特别是在应力叠加为拉应力的情况下，焊缝中的应力集中点，碳化物产生的沉淀硬化区后晶界的薄弱环节，抵抗不了应变造成开裂。

因此在热处理前，减小残余应力的手段也能减少再热裂纹的产生。

①采用半道中间热处理。

②采用高频超声波冲击法。

这两种手段都能有效地减少焊接残余应力。

焊后热处理:

在焊后热处理过程中，控制升温以及降温的速度，以较缓慢均匀地膨胀、收缩,减小再热裂纹的产生。

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检验检测鉴别缺陷的方法

一般使用的表面探伤只能指定有无缺陷，要能确定缺陷产生的真正原因还需要用下列方法进行检验：

复型金相法： 复型金相法常用于现场的非破坏检验。当工件处于振动或部位窄小时，可用复型金相法。

制取的复型易长期保存，且能在试验室用显微镜进行观察分析和拍照。用大工件金相检查仪与复型金相法配合使用效果更好。

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被检部位表面试样制备

复型材料可用1～2mm厚的有机玻璃片，也可用醋酸纤维或硝酸纤维薄膜(AC纸)。有机溶剂可用氯仿、丙酮、醋酸乙脂等。

先将薄膜按所需大小截成小块。操作时，在已制备好的试样表面上滴加适量的有机溶剂，并迅速覆盖有机玻璃片或薄膜，用手指或胶皮轻轻压紧，使其间的气泡逸出。待其充分干燥后，即可取下，进行观察、拍照。 

为了增加组织衬度，被检表面浸蚀可略深一些，或在有机溶剂中加入适量着色剂。

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用大工件金相检查仪微观检验

微观检验包括浸蚀前的检验及浸蚀后的检验：浸前主要检查试样有无裂纹、非金属夹杂物及制样过程中所引起的缺陷；浸蚀后，主要检验试样的显微组织。

观察时，一般先用显微镜的75～100倍观察低倍组织全貌。需观察细微的组织时,再选用适宜的高倍率。

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管道和部件的微观检验

a 鉴别材料中非金属夹杂物、显微裂纹的类型，观察其形态和分布，测量其数量和大小。

b 鉴别被检件显微组织的组成，各种组织的形貌、分布和数量。对晶粒度、带状组织、非金属夹杂物、魏氏组织、球化组织、脱碳层等作出评定。

c 鉴别组织特征，判定热处理工艺状态，必要时为重新制定热处理工艺提供依据。

d 鉴别以上缺陷与所检裂纹之间有无关联等。

由于再热裂纹不是在焊接过程产生，而是在热处理或运行时产生的，因此再热裂纹有一定的隐蔽性，进而出现事故具有不可预见性，进而会造成更大的损失。所以必须在特种设备的前期设计、制造、检验等各环节预先考虑到再热裂纹的出现。

㈡ 防止焊接热裂纹的措施有哪些

第一、焊前采取合适的预热措施；第二，使用含S、P元素少的焊接材料，防止焊缝在凝固时形成低熔点化合物；第三，焊接时尽量减小焊接线能量，焊条焊丝摆幅不宜过大，采用单道快速焊；第四，采取正确的焊后热处理工艺，防止热处理时产生热裂纹。

㈢ 焊接时热裂纹产生的原因及防止方法是什么

产生原因：是由于熔池冷却结晶时，受到的拉应力作用，而凝固时，低熔点共晶体形成的液态薄层共同作用的结果。
防止方法：
①控制焊缝中的有害杂质的含量即碳、硫、磷的含量，减少熔池中底熔点共晶体的形成。
②预热：以降低冷却速度，改善应力状况。
③采用碱性焊条，因为碱性焊条的熔渣具有较强脱硫、脱磷的能力。
④控制焊缝形状，尽量避免得到深而窄的焊缝。
⑤采用手弧板，将弧坑引至焊件外面，即使发生弧坑裂纹，也不影响焊件本身。

㈣ 对于焊缝裂纹,原则上要怎么做并作怎么处理

原则上方法：

①限制钢材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量。特别是减少硫、磷等杂质的含量及降低碳的含量。

②调节焊缝的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的影响。

③提高焊条的碱度，以降低焊缝中的杂质的含量。

④控制焊接规范，适当提高焊缝系数，用多层多道焊法，避免中心偏析，可防止中心线裂纹。

⑤采取降低焊接应力的措施，收弧时填满弧坑。

处理：收缩裂纹一般在收弧的时候产生，所以在收弧的时候有收弧动作（多点焊几次，填满弧坑）就可以避免。

(4)如何改善焊接冷热裂纹扩展阅读：

焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。

按焊缝结合形式不同可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种。

1）对接焊缝。在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝。

2）角焊缝。沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。

3）端接焊缝。构成端接接头所形成的焊缝。

4）塞焊缝。两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角恒缝者不为塞焊。

5）槽焊缝。两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不为槽焊。

㈤ 热裂纹产生的原因及防治方法

热裂纹常发生在铸件最后凝固并且容易产生应力集中的部位，如热节、拐角或靠近内浇口等处。热裂纹分为内裂纹和外裂纹。内裂纹产生在铸件内部最后凝固的地方，有时与晶间缩孔、缩松较难区别。外裂纹在铸件的表面可以看见，其始于铸件的表面，由大到小逐渐向内部延伸，严重时裂纹将贯穿铸件的整个断面。

宏观裂纹：由于热裂纹是在高温下形成的，因此裂纹的表面与空气接触并被氧化而呈暗褐色甚至黑色，同时热裂纹呈弯曲状而不规则。
微观裂纹：沿晶界发生与发展，热裂纹的两侧有脱碳层并且裂纹附近的晶粒粗大，并伴有魏氏组织
热裂纹形成的温度范围
熔模铸件的热裂纹到底是在什么温度下发生的，长期以来说法不一．到目前为止归纳起来仍有两种：其一，热裂纹是在凝固温度范围内但接近于固相线温度时形成的，此时合金处于固-液态；其二，热裂纹是在稍低于固相线温度时形成的，此时合金处于固态。
热裂纹的防止措施
1．提高铸件在高温时的强度与塑性
(1)合理选材
选材是一项极为复杂的技术和经济问题。所渭合理选材就是选用的材质应该同时满足铸件的使用性、工艺性和经济性。对于铸件而言，主要是铸造工艺性(热裂性、流动性和收缩性等)。如果该材质的铸造工艺性能不佳，热裂倾向性大，那么浇注出来的铸件产生热裂纹的废品率就高。
(2)保证熔炼质量
在铸钢合金成分中，最有害的化学成分是硫。当wS＞0.03％，以O.05％的临界铝含量脱氧，硫化物以链状共晶形式分布时，塑性很低，易引起热裂纹。在熔炼时，可以加入适量的强脱硫剂稀土元素，以减少合金中的含硫量。只要稀土元素的加入工艺合理，其脱硫效果为40％～50％：并且稀土元素能细化晶粒，改变夹杂物的形态与分布，从而减轻了热裂纹的程度(指裂纹的大小与深浅)和降低了热裂纹的数量。
另外，分布于铸钢晶界的低熔点夹杂物将降低它的强度和塑性，并且随着夹杂物的增多，强度和塑性下降，促使形成热裂纹。在熔炼时，应选用干净、清洁的炉料；采用合理的熔炼工艺，加强操作，才能保证熔炼质量。
2.提高型壳的退让性，减少铸造应力
(1)铸件的结构
其与形成热裂纹的关系很大。结构不合理，如壁厚相差较大、热节较多而且较大、壁厚薄的转角处圆角太小或呈尖角引起应力集中等，均会引起热裂纹的产生。
铸件的壁厚不匀，导致铸件的冷却速度不一致。薄壁处先冷凝，并且有一定的强度，其对厚壁处的冷凝收缩起到阻碍作用(使厚壁处收缩时受到拉应力)。当阻力超过此时厚壁处合金的强度极限时，就产生热裂纹。
铸件壁厚薄的转角处圆角太小或呈尖角，引起应力集中，促使热裂纹的产生；圆角太大，又出现新的热节。因此，应通过实验选择适当的铸造圆角。
(2)浇注系统
浇冒口的设置可能造成铸件收缩时的热阻碍和机械阻碍。铸件在靠近内浇道的部位，凝固的较晚、冷却较慢。因此，铸件在此薄弱的部位容易引起热裂纹。如果将内浇道分散，使金属液从几处进入型腔，就能分散热应力，减少铸件收缩时的热阻碍和机械阻碍，防止或减少热裂纹的产生。
为了使熔模铸件顺序凝固，以利于补缩，而把内浇道设置在铸件厚大处。这使铸件上的热量分布极不均匀，产生较大的温度梯度，铸件收缩很不一致，易造成热裂纹。这就需要改变内浇道的位置，使铸件由顺序凝固变为同时凝固。铸件各处的温度均匀，冷凝较一致，可以减少或防止了铸件形成热裂纹。这样做可能减少了热裂纹，却可能使铸件产生缩孔和缩松。
(3)浇注工艺
浇注温度和浇注速度对铸件产生热裂纹的影响比较复杂。一般来说，对于薄壁件宜采用较高的浇注温度和较快的浇注速度。这可以使铸件温度很快趋向均匀，防止局部过热，同时可以使铸件冷凝较慢，减少铸件的收缩应力，从而减少或防止热裂纹的产生。对于厚壁件宜采用较低的浇注温度和较慢的浇注速度。如果厚壁件也采用高的浇注温度和快的浇注速度，则金属液的收缩大、晶粒粗化，更易使铸件产生热裂纹；严重时将使铸件同时形成热裂纹和缩孔(如果两个缺陷出现在同一个部位，即为缩裂)。
(4)型壳的退让性
铸件在冷凝过程中收缩受到型壳的阻碍时产生了收缩应力，收缩应力的大小直接影响到铸件是否产生热裂纹。因此，提高型壳的退让性非常重要。型壳的退让性好，则铸件收缩时的阻力小，形成热裂纹的可能性小。

㈥ 焊接时热裂纹产生的原因及防止方法是什么

热裂纹是高温下在焊缝金属和焊缝热影响区中产生的一种沿晶裂纹。
冷裂纹是由于材料在室温附近温度下脆化而形成的裂纹。
预热和焊后热处理都是控制冷裂纹，一个是控制脆硬组织产生、另一个消除扩散氢的含量。
热裂纹的主要采取控制母材和焊材杂质的含量。