不锈钢焊接中热裂纹介绍
不锈钢的特点是能够防锈、耐腐蚀、抗氧化和耐高温,大量用在了石油、化工、航空、航天、核能、冶金、电力、交通运输、纺织和电子等领域。因为不锈钢材料中拥有的合金元素较多、组织结构复杂等因素,造成焊接的困难其实很大,尤其是焊接热裂纹更是引起人们的关注。
热裂纹一般包括三种,在焊缝金属中形成的热裂纹一般叫做凝固裂纹,在热影响区或多层焊道的再加热区形成的热裂纹一般叫做液化裂纹,这两种裂纹均是在液相和固相共存的高温区域,并在热应变的作用下形成的。第三种叫做低塑性裂纹,此类裂纹生成的温度较低,其出现和液相没有关系,一般处在热影响区的粗晶区。
在不锈钢焊接的过程中,焊缝金属的凝固裂纹是一个非常严重的问题,凝固裂纹的敏感性和δ铁素体的含量有依存关系,铁素体含量在5%~20%范围内时,裂纹的敏感性小,单一的γ相或铁素体含量在40%以上时,裂纹的敏感性增加。通过改变焊缝金属的化学成分及调整熔合比,使焊缝金属中的铁素体量在几个百分数范围内,就可以避免凝固裂纹的产生。
在各种镍基合金中,因康镍625或718的脆性温度区间比哈斯特洛依X或C-276要大些,故前者的凝固裂纹敏感性高些,这是因为它们都含有较多的合金元素Nb,Nb是形成NbC、γ相(Ni3Nb)和Laves相的元素。采用这一成分的合金焊接时,在后的凝固区域内易于形成γ/NbC或γ/Laves相的共晶,这些共晶的熔点低,故易于产生凝固裂纹。除了Nb之外,C和Si也是增加凝固裂纹敏感性的元素。另外,当母材中存在未固溶的NbC时,在γ/NbC界面上会产生液化,伴随着晶界的液化也会出现液化裂纹。
结合上文所讲的,在不锈钢这类的耐热耐腐合金中各种焊接热裂纹的产生除了与材料本身的合金成分和组织有关系外,不锈钢材料中的夹杂物和溶质元素比如磷、硫、Pb、Sn、Zn等作用也非常重要,它们使得了低熔点物质的产生,导致残留液相覆盖在晶界周围,在很小的热应变作用下就产生开裂现象。对于奥氏体-铁素体不锈钢焊缝来说,铁素体量对凝固裂纹的敏感性有重要影响,但对于奥氏体不锈钢焊缝来说,P+S的含量对其BTR有明显影响,其含量越低,热裂纹敏感性越小。在镍基耐热耐蚀合金的焊接中,Nb、C、Si等元素易于形成低熔点共晶,所以增加了凝固裂纹敏感性;磷、硫等杂质在晶界的偏析也助长了热裂纹的形成。
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