金属材料的焊接性.doc

纹一般在含Ni 3%4%的钢中出现，而在底Ni和不含Ni的钢中较少发现。此外，蘑菇状焊接和高的焊接线能量也是造成液化裂纹的重要因素。因此，为防止热影响区液化裂纹的产生，母材必须含有低的C、S、Ni和高的Mn/S比，焊接时，尽量减少焊缝凹度和采用低的焊接线能量。（三）冷裂纹冷裂纹又称氢致裂纹，主要发生在焊接热影响区淬硬区，有时也发生在焊接金属内部。冷裂纹一般在冷却到环境温度下产生，有的则在焊后几天或几十天才出现，所以亦称延迟裂纹。1.热影响区冷裂纹 造成热影响区冷裂纹的主要机理是氢在热影响区聚集并导致开裂。综合各年来各方面的研究成果，可以认为，影响热影响区冷裂纹形成的主要有以下3大因素：在热影响区形成淬硬的、对冷裂纹敏感的显微组织；焊缝中存在足够高的氢浓度；焊接接头具有一定的约束度，即在焊接区作用有一定的残余拉应力。只有在以上各点同时满足时，裂纹才会产生。敏感的显微组织指的是粗晶马氏体组织，因为在有马氏体转变的情况下，只要有较少量的氢就足以形成裂纹。造成敏感的显微组织又取决与钢材的化学成分和在相变范围内的冷却速度。碳是引起钢材淬硬的主要元素，一般以碳当量作为评定刚才焊接性的主要标志，按国际焊接学会推荐的公式Cep=C+Mn6+Cr+Mo+V5+Ni+Cu15一般认为，当碳当量Cep0.45%0.55%时，就容易产生裂纹。冷却速度则与工件厚度、焊接线能量以及预热温度有关。当工件厚度超过30mm时，热传导由二维变为三维，加快了冷却速度，增大了淬硬倾向。增大焊接线能量和采取预热措施可以降低焊接件的冷却速度，它不仅有利于软化热影响区的显微组织，而且也有利于氢从焊件中逃出。但对于含V和Nb的钢种以及调质低合金钢，以防止热影响区脆化，焊接线能量应加以适当控制。高的氢浓度主要来源于焊接材料，如焊条药皮矿石原料中的结晶水，焊条药皮和埋弧焊焊剂在大气中的吸潮，焊丝表面的铁锈和油污等。各种焊接材料中都有一定的潜在氢含量，潜在氢是从焊接材料中直接测得的水分含量或氢含量。埋弧焊焊剂和焊条药皮是以水分的重量百分比来计算潜在氢含量的。据一般资料统计，熔炼型焊剂的水分含量约为0.03%0.05%，烧结型焊剂的水分容量约为0.05%0.08%，而在350下烘干的碱性焊条药皮水分含量约为0.15%0.40%。烘干不足焊条药皮的水分含量约为烘干焊条的34倍。与焊条药皮含水量相应的是熔敷金属的扩散氢含量，低氢焊条熔敷金属的扩散氢含量一般在48mL/100g之间。通常，扩散氢含量用甘油法、水银法或色谱法确定。除了敏感的显微组织和足够的氢浓度外，一定的约束度与残余拉应力也是造成焊接裂纹的必要条件。在一定的显微组织和扩散氢含量的情况下，引起热影响区开裂的最小应力称为临界断裂应力cr，临界断裂应力越大，材料的抗烈性就越好。cr可以通过约束拉伸试验或插销试验等测定。综上所述，为防止热影响区冷裂纹的产生，可采取以下一些措施：（1）在焊接材料的选择上，焊接低合金高强钢时应采用碱性焊条。碱性焊条又称低氢焊条，其熔敷金属中的含氢量比酸性焊条要低得多。表1-6列出按GB/T 5118-1995标准对碱性焊条药皮含水量及熔敷金属扩散氢含量的要求。但碱性焊条药皮对湿气比较敏感，因此使用前必须在350400下高温烘干，尽量除去焊条药皮中的水分。埋弧焊时，同样要选择碱度较高的焊剂。一般来说，惰性气体保护焊 是避免焊接裂纹的有效方法。表1-6 焊条药皮含水量和熔敷金属扩散氢含量的要求焊 条 型 号药皮含水量（%）熔敷金属扩散氢含量（mL/100g）E5015- E5016- E5018-E5515- E5516- E5518-E6015- E6016- E6018-E7015- E7016- E7018-E7515- E7516- E7518-E8515- E8516- E8518-0.30.30.150.150.150.15664442此外，有些单位已研制成功超低氢碱性焊条，其熔敷金属的含氢量1mL/100g，用这种焊条焊接低合金钢强度钢和低合金耐热钢时，可大大降低焊接预热温度，在某些场合下，甚至可以进行不预热焊接。 （2）预热是避免焊接冷裂纹的有效措施，它有利于氢在焊接过程中的逸出，同时也延长了从800到500的冷却时间，防止热影响区出现冷淬硬组织。预热温度视板厚而异，对各种不同的钢材来说，均存在一定的厚度界限，低于此厚度可以不预热。表1-7列出低合金钢强度钢和低合金耐热钢在焊接时的推荐预热温度。表1-7 低合金钢强度钢和耐热钢焊接时的推荐预热温度钢 种牌 号需要预热的最小厚度（mm）预热温度（）备 注热轧及正火钢16Mn30100150环境温度0时，小于此板厚亦须适当预热15MnV2816MnNb15MnVN2514MnMoV15020018MnMoNb低碳调质钢20MnNiMo30150需控制最高层间温度，以避免热影响区韧性下降HY8025100150HY130耐热轧1Cr-0.5Mo类201201.25Cr-0.5Mo类2.25Cr-1Mo类101501Cr-Mo-V类5Cr-0.5Mo类6200亦有推荐所有厚度均需预热9Cr-1Mo类（3）后热是最近几年迅速发展起来的一种防止焊接冷裂纹的重要措施。在后热温度下，氢的扩散速度要比在室温下高得多，这样，在后热过程中，氢就从焊件中大量逸出，所以后热处理亦称去氢处理。通常，后热温度控制在250300之间，保温时间视焊件厚度而定，对壁厚100150mm的压力容器，达到后热温度后保温2h也就足够了。2. 焊缝金属冷裂纹 与热影响区冷裂纹一样，焊缝金属冷裂纹在生产实践中也经常发生。焊缝金属冷裂纹经常表现为垂直于焊缝的横向裂纹。横向裂纹一般贯穿整个焊缝，但也可以是细小的显微裂纹。在多层多道焊焊缝中，裂纹最易发生在离表面约23层的焊缝金属内，也可能穿过若干层焊缝，这一带是扩散氢最密集的区域。焊缝金属的冷裂纹同样有明显的延迟性，潜伏期一般为110h，先出现微裂纹，1020h内才逐渐扩大。横向裂纹与焊缝金属强度有直接关系，随着强度的提高，焊缝金属开裂的危险性也就增加，也可以说，横向裂纹只有在使用高强度焊缝金属时才发生。除了焊接金属的强度因素外，足够高的氢浓度和一定的约束残余拉应力值也是构成焊接金属冷裂纹的主要因素。所以为了防止焊缝金属冷裂纹的产生，除了预热和后热措施外，在焊接材料的选择上，不但要控制潜在的氢含量，而且对焊接金属的强度也要有所考虑，如果设计允许的话，最好选用强度略低于母材的焊缝金属。（四）再热裂纹对于低合金钢强度钢的压力容器及类似构建，焊后消除应力处理是一个重要的工艺步骤。它不但可以消除焊接构件中的大部分残余应力，还可以改善整个焊接接头的性能。但是实践发现，对于某些钢种来说，焊接接头经过消除应力处理后，在热影响区有可能产生裂纹。由于这种裂纹是在焊接后再次加热或在消除应力处理过程中产生的，所以