再热裂纹

科技工作者之家 2020-11-17

再热裂纹是指一些含铬、钼或钒的耐热钢、高强钢焊接后,为消除焊后残余应力,改善接头金相组织和力学性能,而进行消除应力热处理过程中产生的裂纹。这种裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢、镍基合金等的焊接接头中,特别是热影响区的粗晶区。1

简介再热裂纹是指焊后焊接接头在一定温度范围再次加热而产生的裂纹。为防止发生脆断及应力腐蚀,焊后常要求进行消除应力热处理。调质高强钢或耐热钢以及时效强化镍基合金。焊后常须进行回火处理。

在这些加热过程中可能产生再热裂纹。一些耐热钢和合金的焊接接头在高温服役时见到的开裂现象,也可称为再热裂纹。在消除内应力热处理过程中产生的裂纹又称为消除应力处理裂纹,简称SR裂纹。

金相特征在低合金钢中,再热裂纹沿焊接热影响区粗晶区中的原奥氏体晶界出现。再热裂纹的典型例子如下图所示。

在室温下,这些钢中的焊接热影响区的相变产物,通常为马氏体和贝氏体,相变产物掩盖了原奥氏体晶界。通常需要专门的金相技术方可显示出钢的原奥氏体晶界。再热裂纹的扩展路径具有沿晶特点,这一特点可以方便地区分出再热裂纹与氢致裂纹,这是因为在这些钢中的氢致裂纹通常具有穿晶特点。

再热裂纹敏感性随着原奥氏体晶粒尺寸的增大而增加,所以再热裂纹通常距熔合线很近。在许多情况下,再热裂纹平行于熔合线扩展,并距熔合线仅1个或2个晶粒直径。在奥氏体不锈钢中,再热裂纹可能出现在焊缝和热影响区中。如果奥氏体不锈钢中的再热裂纹出现在焊接热影响区中,该裂纹通常非常接近熔合线.因为该部位的晶粒发牛了长大。

特点1)从材料来看,含有一定沉淀强化元素的金属材料,如低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金具有高的再热裂纹敏感性,碳钢和固溶强化的金属材料一般不形成再热裂纹。

2)从形成的条件来看,裂纹的形成发生在“再热”(热处理或一定温度下服役)过程中,且焊接区有较大的残余应力并伴有应力集中。对确定的材料有明显的再热裂纹敏感温度区间:对沉淀强化的低合金高强钢,敏感温度约为500-700℃;对奥氏体不锈钢和高温合金,敏感温度约在700-900℃范围内。

3)从裂纹位置和扩展路径来看,再热裂纹均发生在焊接热影响区的粗晶区,裂纹沿熔合线母材一侧奥氏体粗晶晶界扩展(呈沿晶开裂),焊缝和热影响区的细晶区不产生再热裂纹。

防范措施焊后焊件在一定温度范围内再次加热(消除应力热处理或其它加热过程)而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中,从焊趾部位开始,延向细晶区停止。钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素会促使形成再热裂纹。

防止产生再热裂纹的方法:

(1)预热 预热温度为200~450℃。若焊后能及时后热,可适当降低预热温度。例如,18MnMoNb钢焊后在180℃热处理2h,预热温度可降低至180℃。

(2)应用低强度焊缝, 使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。

(3)减少焊接应力, 合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学

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