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    42CrMo無縫鋼管焊縫的淬透性和冷裂紋
    雙擊自動滾屏 發布者:www.vilostrada.com 發布時間:2013/7/29 閱讀:3013次 【字體:

     焊縫的淬透性和冷裂紋

          42CrMo無縫鋼管的作為中碳調質鋼,其淬硬傾向十分明顯,焊接熱影響區容易出現硬脆的馬氏體組織,增大了焊接接頭區的冷裂紋傾向。母材含碳量越高,淬硬性越大,焊接冷裂紋傾向也越大。另外Ms點較低,因而在淬火區產生大量脆硬的馬氏體,而低溫下形成的難以產生自回火效應。馬氏體是碳在鐵中的過飽和固溶體,碳原子以間隙原子存在于晶格之中,使鐵原子偏離平衡位置,晶格發生較大的畸變,致使組織處于硬化狀態。馬氏體是一種脆硬的組織,發生斷裂時將消耗較低的能量。因此,焊接接頭有馬氏體存在時,裂紋是易于形成和擴展。另外淬硬會形成更多的晶格缺陷,金屬在熱力不平衡的條件下會形成大量的晶格缺陷。主要是空位和位錯,在應力和熱力不平衡的條件下,空位和位錯都會發生移動和聚集,當它們的濃度達到一定的臨界值后,就會形成裂紋源。在應力的繼續作用下,就會不斷地發生擴展而形成宏觀的裂紋。

         42CrMo無縫鋼管的焊接冷裂紋一般是在焊后冷卻過程中,在Ms點附近或200300的溫度區間容易沿熱影響區的淬硬區產生冷裂紋。冷裂紋的起源大多發生在缺口效應焊接熱影響區或有物理化學不均勻的氫聚集的局部地帶。冷裂紋的斷裂行徑,有時是沿晶界擴散,有時是穿晶前進,這要由焊接接頭的金相組織和應力狀態及氫的含量的而定,這一點不像是熱裂紋,都是沿晶界開裂。冷裂紋有時焊后立即出現,有時經過一段時間才出現(幾小時,幾天甚至更長)?墒巧倭砍霈F后,隨著時間增長而逐漸增多和擴展。對于這種不是焊后立即出現的冷裂紋,稱為延遲裂紋。由于延遲裂紋不是在焊后立即可以了現,需延遲一段時間,甚至在使用過程中才出現,所以它的危害性就更為嚴重。

         實踐證明,鋼種的淬硬傾向、焊接接頭的氫含量及其分布,以及焊接接頭的拘束應力狀態是產生延遲裂紋的三大主要因素。焊接接頭的淬硬傾向主要取決于鋼種的化學成分,其次是結構形式,焊接工藝和冷卻條件等。氫是引起焊接冷裂紋的一個重要因素,應且有延遲的特征,所以許多文獻又稱之為氫致裂紋氫誘發裂紋。試驗研究證明,焊接接頭的含氫量越高,裂紋的敏感性越大。氫主要是由焊接時,焊接材料中的水分、焊件坡口處的鐵銹、油污,以及環境濕度所造成的。氫在不同金屬組織中的溶解度和擴散系數不同。氫在奧氏體中的溶解度遠比在鐵素體中的溶解度大,并且隨溫度的增高而增加。因此,在焊接時有奧氏體轉變為鐵素體時,氫的溶解度急劇下降,而氫的擴散速度恰好相反,由奧氏體轉變為鐵素體時突然增大。焊接時在高溫作用下,將有大量的氫溶解在熔池中,在隨后的冷卻和凝固過程中,由于溶解度的急劇降低,氫極力逸出,但因冷卻很快,使氫來不及逸出而保留在焊縫金屬中,使焊縫中的氫處于過飽和狀態,因而氫要極力進行擴散

        如圖所示,高溫下,焊接熱影響區都是奧氏體,隨著熱源移走,由于焊縫的含碳量低于母材,所以焊縫在較高溫度下就發生相變,也就是奧氏體分解為鐵素體和珠光體。由于母材的含碳量較高,所以熱影響區金屬還沒有開始奧氏體分解。當焊縫由奧氏體轉變為鐵素體、珠光體等組織時,氫的溶解度突然下降,而氫在鐵素體、珠光體中的擴散速度很快,因此氫就很快的從焊縫越過熔合線向尚未發生分解的奧氏體影響區擴散由于氫在奧氏體中的擴散速度較小,不能很快把氫擴散到距熔合線較遠的母材中去,因而在熔合線附近就形成了富氫地帶。當滯后相變的熱影響區由奧氏體向馬氏體轉變時,氫便以過飽和狀態殘留在馬氏體中,促使這一地區進一步脆化。如果這個部位有缺口效應,并且氫的濃度足夠高時,就可能產生根部裂紋或焊趾裂紋。若氫的濃度更高,可使馬氏體更加脆化,也可能產生焊道下裂紋。

    圖2.1 冷裂紋的產生

    在焊接時,為了防止冷裂紋,應盡量降低焊接接頭的含氫量,一方面采用低碳多種微量合金元素的強化方式,在提高強度的同時,也保證具有足夠的韌性。另一方面,采用精煉技術盡可能降低鋼中的雜質,使之硫、磷、氧、氮等元素控制在極低的水平。選用優質的低氫焊接材料和低氫的焊接方法,它是防止冷裂紋的有效措施之一。采用CO2氣體保護焊,由于具有一定的氧化性,故而也可獲得低氫焊縫,堿性藥芯焊絲并配合CO2氣體保護,同樣也可得到低氫焊縫。采用奧氏體焊條焊接某些淬硬傾向較大的中、低合金鋼強鋼,也能很好的避免冷裂紋 。

         焊接工藝一般包括正確制定施工程序、選擇焊接線能量、預熱溫度、焊后后熱,以及焊后熱處理等。為改善接頭的應力狀態,應合理地選擇焊縫匹配、注意焊縫的分布位置和施焊的順序。

        除了采取焊前預熱措施之外,焊后須及時進行回火處理。另外,42CrMo鋼還具有應力腐蝕開裂敏感性。這種應力腐蝕開裂常發生在水或高濕度空氣等弱腐蝕性介質中。為了降低焊接接頭的應力腐蝕開裂傾向,應采用熱量集中的焊接方法和較小的焊接熱輸入,避免焊件表面焊接缺陷和劃傷。





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