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    公司新聞

    英國查出日本列車焊縫開裂引發思考,日常的焊縫開裂是有什么原因導致的呢?怎樣避免呢?

    返回列表 來源: 青島新達檢測公司 發布日期: 2021-05-10 13:34:00 閱讀次數:216

    英國鐵道部在周六早上例行檢查中發現日立800型列車底盤存在問題,列車車體外殼下面的焊縫開裂,目前該公司93列此公司生產的列車都在接受檢查,具體什么原因正在調查。焊接裂紋是焊接件中常見的一種缺陷,焊接裂紋會是什么哪些原因導致的呢?又怎樣避免呢?首先我們得先了解焊接裂縫的幾種形式:

    熱裂紋


    焊縫熱裂紋焊接時高溫下產生的,熱裂紋目前有3種,結晶裂紋、液化裂紋和多邊裂紋。

    1、結晶裂紋是在焊縫結晶的過程中,在固相線附近,由于凝固金屬的收縮,殘余液體金屬不足,不能及時添充,在應力作用下發生沿晶開裂。主要是在含雜質較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中(含S,P,C,Si偏高)和單相奧氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金焊逢中。

    防治措施:在冶金因素方面,適當調整焊縫金屬成分,縮短脆性溫度區的范圍,控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質的含量;細化焊縫金屬一次晶粒,即適當加入Mo、V、Ti、Nb等元素;在工藝方面,可以通過焊前預熱、控制線能量、減小接頭拘束度等方面來防治。

    2、近縫區液化裂紋是一種沿奧氏體晶界開裂的微裂紋,它的尺寸很小,發生于HAZ近縫區或層間。它一般是由于焊接時近縫區金屬或焊縫層間金屬,在高溫下使這些區域的奧氏體晶界上的低熔共晶組成物被重新熔化,在拉應力的作用下沿奧氏體晶間開裂而形成液化裂紋。

    這一種裂紋的防治措施與結晶裂紋基本上是一致的。特別是在冶金方面,盡可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶組成元素的含量是十分有效的;在工藝方面,可以減小線能量,減小熔池熔合線的凹度。

    3、多邊化裂紋是在形成多邊化的過程中,由于高溫時的塑性很低造成的。

    這種裂紋并不常見,其防治措施可以向焊縫中加入提高多邊化激化能的元素如Mo、W、Ti等。


          再熱裂紋

          

           通常發生于某些含有沉淀強化元素的鋼種和高溫合金(包括低合金高強鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強化高溫合金以及某些奧氏體不銹鋼),它們焊后并未發現裂紋,而是在熱處理過程中產生了裂紋。再熱裂紋產生在焊接熱影響區的過熱粗晶部位,其走向是沿熔合線的奧氏體粗晶晶界擴展。

    防治再熱裂紋從選材方面,可以選用細晶粒鋼。在工藝方面,選用較小的線能量,選用較高的預熱溫度并配合以后熱措施,選用低匹配的焊接材料,避免應力集中。



          冷裂紋

           

          冷裂紋主要發生在高、中碳鋼、低、中合金鋼的焊接熱影響區,但有些金屬,如某些超高強鋼、鈦及鈦合金等的焊縫中有時也會出現冷裂紋。一般情況下,鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及分布、接頭所承受的拘束應力狀態是高強鋼焊接時產生冷裂紋的三大主要因素。焊后形成的馬氏體組織在氫元素的作用下,配合以拉應力,便形成了冷裂紋,其形成一般是穿晶或沿晶的。冷裂紋一般分為焊趾裂紋、焊道下裂紋、根部裂紋。

          防治冷裂紋可以從工件的化學成分、焊接材料的選擇和工藝措施三方面入手。應盡量選用碳當量較低的材料;焊材應選用低氫焊條,焊縫應用低強度匹配,對于高冷裂傾向的材料也可選用奧氏體焊材;合理控制線能量、預熱和后熱處理是防治冷裂的工藝措施。


             層狀撕裂

            

            層狀撕裂是一種內部的低溫開裂,僅限于厚板的母材金屬或焊縫熱影響區,多發生于“L”、“T”、“+”型接頭中。其定義為軋制的厚鋼板沿厚度方向塑性不足以承受該方向上的焊接收縮應變而發生于母材的一種階梯狀冷裂紋。一般是由于厚鋼板在軋制過程中,把鋼內的一些非金屬夾雜物軋成平行于軋制方向的帶狀夾雜物,這些夾雜物引起了鋼板在力學性能上的各向導性。防治層狀撕裂在選材上可以選用精練鋼,即選用z向性能高的鋼板,也可以改善接頭設計形式,避免單側焊縫或在承受z向應力的一側開出坡口。

           層狀撕裂與冷裂不同,它的產生與鋼種強度級別無關,主要與鋼中的夾雜量和分布形態有關。一般軋制的厚鋼板,如低碳鋼、低合金高強鋼,甚至鋁合金的板材中也會出現層狀撕裂。根據層狀撕裂產生的位置大體可以分為三類:

            第一類是在焊接熱影響區焊趾或焊根冷裂紋誘發而形成的層狀撕裂。

            第二類是焊接熱影響區沿夾雜開裂,是工程上最常見的層狀撕裂。

            第三類遠離熱影響區母材中沿夾雜開裂,一般多出現在有較多MnS的片狀夾雜的厚板結構中。

            層狀撕裂的形態與夾雜的種類、形狀、分布以及所處的位置有密切關系。當沿軋制方向上以片狀的MnS夾雜為主時,層狀撕裂具有清晰的階梯狀,當以硅酸鹽夾雜為主時呈直線狀,如以Al 夾雜為主時呈不規則的階梯狀。

           厚板結構焊接時,特別是T型和角接接頭,在剛性拘束的條件下,焊縫收縮時會在母材厚度方向產生很大的拉伸應力和應變,當應變超過母材金屬的塑性變形能力時,夾雜物與金屬基體之間就會發生分離而產生微裂,在應力的繼續作用下裂紋尖端沿著夾雜所在平面進行擴展,就形成了所謂“平臺”。

            影響層狀撕裂的因素很多,主要有以下幾方面:

           1、非金屬夾雜物的種類、數量和分布形態是產生層狀撕裂的本質原因,它是造成鋼的各向異性、機械性能差異的根本所在。

           2、Z向拘束應力。厚壁焊接結構在焊接過程中承受不同的Z向拘束應力、焊后的殘余應力及載荷,它們是造成層狀撕裂的力學條件。

           3、氫的影響。一般認為,在熱影響區附近,由冷裂誘發成為層狀撕裂,氫是一個重要的影響因素。

    由于層狀撕裂的影響很大,危害也甚為嚴重,因此需要在施工之前,對鋼材層狀撕裂的敏感性作出判斷。

    常用的評定方法有Z向拉伸斷面收縮率和插銷Z向臨界應力法。為防止層狀撕裂,斷面收縮率應不小于15%,一般希望在15~20%之間為宜,當斷面收縮率為25%時,認為抗層狀撕裂優異。

            防止層狀撕裂主要采取以下措施:

            第一,精練鋼。廣泛采用鐵水先期脫硫的辦法,并用真空脫氣,可以冶煉出含硫只有0.003~0.005%的超低硫鋼,它的斷面收縮率(Z向)可達23~25%。

            第二,控制硫化物夾雜的形態。把MnS變成其他元素的硫化物,使在熱軋時難以伸長,從而減輕各向異性。目前廣泛使用的添加元素是鈣和稀土元素。經過上述處理的鋼,可制造出Z向斷面收縮率達50~70%的抗層狀撕裂鋼板。

            第三,從防止層狀撕裂的角度出發,在設計和施工工藝上主要是避免Z向應力和應力集中,具體措施按下例參考:

          (1)應盡量避免單側焊縫,改用雙側焊縫可緩和焊縫根部區的應力狀態,防止應力集中。

          (2)采用焊接量少的對稱角焊縫代替焊接量大的全焊透焊縫,以免產生過大的應力。

          (3)應在承受Z向應力的一側開坡口。

          (4)對于T型接頭,可在橫板上預先堆焊一層低強的焊接材料,以防止焊根裂紋,同時亦可緩和焊接應變。

          (5)為防止由冷裂引起的層狀撕裂,應盡量采用一些防止冷裂的措施,如減少氫量、適當提高預熱、控制層間溫度等。




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