冷裂紋在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中的產(chǎn)生和預(yù)防

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。冷裂紋在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中的產(chǎn)生和預(yù)防淺談冷裂紋在低合金高強度結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和預(yù)防冷裂紋在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中的產(chǎn)生和預(yù)防 學(xué) 號：B10030124學(xué) 院：洛陽理工學(xué)院 系 別：機電工程系 姓 名：朱羅北 教 師 ：閆紅彥摘要： 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用越來越廣，這就要求我們對低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的性能和特點有更進一步的認識和了解，因此，本文就低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在焊接過程中冷裂紋的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施作了總結(jié)和歸納，幫助學(xué)生更好地掌握本章的知識點，為今后的實際操作打下理論基礎(chǔ)。關(guān)健詞： 低合金高

2、強度結(jié)構(gòu)鋼 冷裂紋 原因 措施 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼簡稱低合金高強鋼，它是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入總量不超過5%的合金元素，來獲得高強度、高韌性或其他特殊性能的合金材料。按國家標(biāo)準(zhǔn)，以熱軋和正火狀態(tài)供貨的低合金高強鋼，按其屈服點可分為5類：即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，以熱處理狀態(tài)供貨的低合金高強度鋼，按其屈服點可分為6類：即Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690，質(zhì)量等級都為A、B、C、D、E、5級。在目前使用的焊接結(jié)構(gòu)中，屈服點在500MPa以下的各種低合金高強鋼應(yīng)用最普遍，這類鋼由于采用了先進的冶煉技術(shù)和熱處理技術(shù)，不僅具備了較高的綜合力學(xué)性能，而且還

3、具備不同類型的工程結(jié)構(gòu)所需要的特殊性能，使低合金高強鋼在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，并已有逐步取代普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的趨勢，由于這類鋼的供貨狀態(tài)決定了鋼中的主要缺陷為冷裂紋和熱影響區(qū)脆化，而這些缺陷將直接影響到焊接接頭的質(zhì)量，因此，理解和掌握這些缺陷在鋼中的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施，就尤為重要，為幫助學(xué)生扎實掌握本章節(jié)的重點和難點，為今后的實際操作打下理論基礎(chǔ)，下面就冷裂紋在低合金高強鋼中的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施，作一分析。一、 冷裂紋產(chǎn)生的原因當(dāng)?shù)秃辖鸶邚婁摰暮附咏宇^，冷卻到300以下時出現(xiàn)的裂紋，就為冷裂紋。冷裂紋主要是在焊接接頭的熱影響區(qū)產(chǎn)生的，隨著鋼材屈服點的提高，裂紋出現(xiàn)的傾向也加強，又因為這種裂

4、紋是在焊后經(jīng)過一段時間后才出現(xiàn)的宏觀裂紋，所以又稱為延時裂紋，它會使接頭質(zhì)量降低，嚴(yán)重時，會造成整個焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重事故。所以，冷裂紋是低合金高強鋼的焊接接頭中最危險的缺陷。而導(dǎo)致冷裂紋產(chǎn)生的主要原因，有三個方面，即鋼材的淬硬組織、焊縫的擴散氫含量和接頭的拘束應(yīng)力。1鋼材淬硬組織對冷裂紋產(chǎn)生的影響在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接接頭中，冷裂紋的形成主要與接頭的熱影響區(qū)在熱循環(huán)的作用下的組織轉(zhuǎn)變有關(guān)，也就是說，在焊接接頭的熱影響區(qū)內(nèi)，產(chǎn)生馬氏體等淬硬組織是產(chǎn)生冷裂紋的關(guān)鍵，并且，鋼材的馬氏體數(shù)量越多，越容易產(chǎn)生冷裂紋，這是因為，只有產(chǎn)生馬氏體等淬硬組織時，氫才能在裂紋成核和擴展過程中起一定的促進作用，

5、最終導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生裂紋時，只需消耗較低的能量，使裂紋容易產(chǎn)生。2焊縫擴散氫對冷裂紋產(chǎn)生的影響氫對鋼材性能的有害作用主要表現(xiàn)為產(chǎn)生氫脆、形成白點和產(chǎn)生冷裂紋。焊接填充材料中，含有以各種形式存在的含氫物質(zhì)，這些物質(zhì)在高溫電弧作用下分解為氫氣，氫氣又被高溫的焊接電弧分解成原子H和離子H+，而進入液態(tài)熔池與液態(tài)金屬熔合，當(dāng)液態(tài)熔池金屬冷卻凝固時，氫的溶解度大大降低，過量的氫就會向熱影響區(qū)擴散、聚集，當(dāng)含氫量達到產(chǎn)生冷裂紋的臨界含量時，就會使熱影響區(qū)形成裂紋，這種裂紋稱為氫致裂紋。3焊接接頭的拘束應(yīng)力對冷裂紋產(chǎn)生的影響焊接工件在無拘束的情況下，它的熱脹和冷縮沒有受到阻礙，接頭內(nèi)部不會產(chǎn)生反作用應(yīng)力。如

6、焊接工件加以剛性固定，那么在加熱和冷卻的過程中，雖然整個工件不會發(fā)生伸長和縮短現(xiàn)象，但接頭內(nèi)部將產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，在焊接工件使用過程中，可能會導(dǎo)致焊接接頭內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。這種裂紋稱為延遲裂紋。二、 防止冷裂紋產(chǎn)生的措施在低合金高強鋼的焊接中，防止焊接接頭產(chǎn)生裂紋是一項重要的技術(shù)，它直接關(guān)系到焊接接頭的質(zhì)量和焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，我們可以從焊接方法、焊接工藝、焊后熱處理等幾方面采取措施，來預(yù)防焊接接頭冷裂紋的形成。1焊接方法 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼適應(yīng)各種焊接方法，我們應(yīng)根據(jù)鋼材的強度、焊件的形狀、接頭質(zhì)量、現(xiàn)有技術(shù)裝備和經(jīng)濟性方面作綜合的全面考慮。如僅從防止焊接裂紋這方面來看，因CO 2氣體保護焊

7、和Ar+CO 2混合氣體保護焊的焊縫氫含量較低，并可適當(dāng)降低焊前溫度，所以，應(yīng)為一種相當(dāng)經(jīng)濟的焊接方法。目前，使用最廣泛的是焊條電弧焊和埋弧焊，這二種方法焊縫氫含量均可達到超低氫的等級，但其經(jīng)濟性較差。 2焊接材料的選擇1）按等強原則選擇與母材強度相當(dāng)?shù)暮附硬牧?，因為焊縫強度不能過高，否則將導(dǎo)致焊縫韌性、塑性及抗裂性降低。2）對強度級別較高的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，或厚板、結(jié)構(gòu)剛性強以及受動載荷或低溫下工作的重要焊接結(jié)構(gòu)，可采用比母材低一級強度的堿性焊條進行焊接，因為此類焊條的韌性、塑性和抗裂紋性都較好。3）焊前要嚴(yán)格烘烤焊條，焊絲去油、銹，以降低焊縫含氫量。3提高預(yù)熱溫度 焊前預(yù)熱降低了焊接接頭

8、的冷卻速度，避免或減少了淬硬組織的形成，降低了焊接接頭的內(nèi)應(yīng)力，緩解了焊接應(yīng)力的不利影響，降低了焊接裂紋出現(xiàn)的可能性。一般情況下，在厚度大、剛性大的結(jié)構(gòu)且環(huán)境溫度較低的情況下，可對屈服點在390MPa以上的低合金高強度結(jié)構(gòu)預(yù)熱至100150，屈服點在390MPa以下的一般不用預(yù)熱。4后熱及消氫處理 在焊接結(jié)束后，將焊件加熱到150-250的溫度范圍，并保持一段時間，這種工藝稱為后熱，它主要用于焊前預(yù)熱還不足以防止冷裂紋的形成，焊接性相當(dāng)差的低合金高鋼或高拘束度接頭。對后熱不足以完全消除冷裂紋的厚壁接頭，則采用消氫處理，處理效果取決于后熱的溫度和時間，溫度一般在200-300范圍內(nèi)，保溫時間與板厚有關(guān)，一般為2-3小時。5焊后熱處理 各種焊件常用的焊后熱處理有：水調(diào)質(zhì)處理、正火或正火加回火、回火和消除應(yīng)力退火。目的是減少或消除焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，改善接頭的組織和性能，同時，加速焊縫中的氫向外擴散。一般情況下，對要求抗腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)，低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)及厚壁高壓容器，焊后都要進行消除應(yīng)力的高溫回火處理，回火溫度要比母材的回火溫度低30-60以免影響母材的性能。要想真正控制低合金高強鋼中冷裂紋的產(chǎn)生，還有許多工作要做，這里僅介紹主要的一些方法，總的來說，不管方法如何，都要從控制焊縫中氫的含量、控制焊縫產(chǎn)生應(yīng)力和選擇合理的熱