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有延迟裂纹倾向的材料有哪些?(干货)


10.2.3 有延迟裂纹倾向的材料(如:12Cr2Mo1R)应当至少在焊接完成24h后进行无损检测”GB/T150.4  P335


那么什么是延迟裂纹?有延迟裂纹倾向的材料有哪些?焊接完成24h后进行的无损检测有哪些呢?


延迟裂纹定义


延迟裂纹属于冷裂纹。所谓冷裂纹,是指在焊后冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹,一般是在焊后一段时间(几小时,几天甚至更长)才出现,固称延迟裂纹。


形成肌理


延迟裂纹的形成与钢的淬硬倾向、焊接接头的含氢量及其分布、焊接接头的应力状态有关。延迟裂纹有的沿晶界扩展,有的穿晶前进,这与焊接接头的金相组织、应力状态以及氢的含量有关。一般延迟裂纹多为穿晶裂纹(裂纹穿过晶界进入晶粒),其成因是由于焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却的体积变化及组织转变产生的应力而开裂,或是由于焊缝中氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中时形成巨大的内应力与焊接拘束应力的共同作用下致使焊缝开裂(称为氢致裂纹)。


形成原因


淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。当焊接冷却速度较大时,热影响区会出现贝氏体和大量的马氏体组织。尤其当形成粗大的孪晶马氏体时,其缺口敏感性增加,脆化严重,在焊接应力的作用下产生冷裂纹。此外由于扩散氢的富集在淬硬脆化区引起显微裂纹。裂纹尖端形成的三向应力区再行诱导氢扩散富集,使显微裂纹扩散成为宏观裂纹,这就是延迟裂纹。


延迟裂纹的分类


延迟裂纹分为焊趾裂纹、焊道下裂纹和根部裂纹。


(1)     焊趾裂纹产生于母材与焊缝交界处,有明显的应力集中倾向,裂纹走向一般与焊道平行。


(2)     焊道下裂纹发生在淬硬倾向较大,含氢量较高的焊接热影响区,裂纹走向一般与熔合线平行。


(3)     根部裂纹可能出现在热影响区的粗晶区域,也可能出现在焊缝金属中,取决于母材和焊缝的力学性能及焊缝根部的形状。


熔敷金属中扩散氢的含量


延迟裂纹的产生与焊接接头的含氢量有直接关系,温度是影响焊接接头氢扩散、逸出的重要因素。在焊接过程中,液态金属所吸收的氢,有一部分在熔池结晶过程中可以逸了,但熔池的结晶速度很快,还有相当多的氢来不及逸出,而被留在固态焊缝金属中。这对焊缝的性能会产生很大的影响,形成巨大的内应力,致使焊缝开裂。实际上真正导致产生延迟裂纹的氢被称为扩散氢,因其能在固态金属中自由扩散而得名。扩散氢是导致氢白点、氢脆、氢致裂纹即延迟裂纹等缺陷产生的重要因素。


焊缝中氢的来源


焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气的水蒸气、焊丝和母材坡口表面上的水、铁锈及油污等杂质。


延迟裂纹的防止措施


1工艺方面


建立低氢的焊接环境,选用低氢焊接材料和低氢焊接工艺,如采用CO2气体保护焊可获得低氢焊缝。


尽量选择低强焊材,以降低焊接接头的应力,当焊接接头的强度低于母材时,拉伸应力可通过塑性变形释放。


采用合理的焊接顺序,焊接时先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝,使焊缝能够自由收缩,以降低焊接拘束应力。


(1)     制定合理的焊接规范及热输入,控制冷却时间,可以改善焊缝及热影响区的组织和性能。


(2)    焊前预热,控制层间温度,降低冷却速度,以便氢的扩散,可有效地防止延迟裂纹的产生。


(3)     低温消氢处理加速氢的扩散。延迟裂纹一般在焊后几小时或几天之后才会产生。若能在产生裂纹以前及时对焊缝进行热处理(消氢处理),在300℃对焊缝进行加热,使残留的固态焊缝金属中的氢加速扩散和逸出,可在一定程度上起到降低焊接残余应力的作用,改善焊接接头组织,有效防止延迟裂纹。


(4)     对厚钢板采用多层多道焊。前一层对后一层预热,后一层对前一层起热处理作用,降低残余应力的作用,改善了焊接接头组织。


(5)     锤击焊缝表面,使其产生压应力,改善焊缝应力场,减小延迟裂纹产生几率。


(6)     对有延迟裂纹倾向的材料,应在焊后24h进行检测,以防止延迟裂纹的漏检。


2冶金方面


(1)控制氢的来源。尽量选择低氢或超低氢焊材,焊材使用前要烘干,清理焊丝、焊缝坡口上的水、铁锈和油污等杂质。


(2)选用碱性低氢焊条,药皮中加氟石可降低焊缝中的氢含量。


(3)合理选择焊缝金属的合金成分,适当加入某些合金元素,提高焊缝金属的韧性和焊缝抗裂能力。



(4)对难焊和易开裂的钢,选用奥氏体不锈钢焊条,同于奥氏体对氢的溶解度大,没有氢焊缝就不会产生开裂。


3降低焊接应力


(1)    设计合理的焊接接头,多采用对接接头,避免搭接接头,焊缝外形设计应合理,焊缝布置应尽可能远离截面突变处,焊缝余高不能过高,焊缝接头截面要圆滑过渡,以减小焊缝拘束度,避免过高的应力集中。


(2)     避免密集焊缝,采用合理的焊接顺序,以减小焊缝刚度。


有延迟裂纹倾向的材料有哪些?


有延迟裂纹倾向的材料主要是指各种低合金高强度钢。随着钢强度级别的提高,合金元素的增加,其淬硬倾向逐渐增大,发生延迟裂纹的倾向也越大。



目前一般认为冷裂纹敏感性大的材料主要是屈服强度450Mpa以上或抗拉强度540Mpa以上的低合金高强钢,牌号包括15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等;以及一些低合金耐热钢,牌号有1.0Cr0.5Mo(15CrMo)、1.25Cr0.5Mo(14Cr1Mo)、1Cr-0.5Mo-V、2.25Cr-1Mo(12Cr2Mo1)等;以及一些马氏体不锈钢,如1Cr13、2Cr13、4Cr13、2Cr12WMoV、2Cr12MoV、2Cr12Ni3MoV等。


如何进行无损检测?


有延迟裂纹倾向的材料(如:12Cr2Mo1R)应当至少在焊接完成24h后进行无损检测,这里的无损检测主要是指表面检测。


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  • 简介:从事压力容器、压力管道的技术工作,持有国家压力容器设计审批员证书、压力容器工艺责任工程师证书。

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