異種鋼焊接時,通??赡艹霈F(xiàn)下列形式的裂紋。


1. 近縫區(qū)裂紋


  大多數(shù)發(fā)生在與具有淬火傾向的高合金馬氏體鋼或一般低、中合金的珠光體鋼焊接時。近縫區(qū)裂紋形態(tài)為與熔合線平行并與熔合線略有一點距離處所出現(xiàn)的裂紋。


  異種鋼焊接接頭熔合區(qū)的裂紋與該部位的成分不均勻性和組織不均勻性有直接關系。從微觀上看,這里存在著由一種材料A過渡到另一種材料B(或D)的所有中間成分合金。在母材金屬A、B能形成連續(xù)無限互熔的場合下(此時焊縫成分D必屬于A、B的二元固溶體),這些中間成分也都屬于性能良好的固溶合金,通常不會形成裂紋。若母材金屬A(或B)、D兩種成分構成復雜的相圖,其中存在著導致裂紋的硬脆化合物中間相,或有可能產(chǎn)生易淬火硬化的合金,則在此有萌生裂紋的可能。不過,若采用良好的工藝措施,使得由焊縫D到母材金屬A(或B)之間的熔合區(qū)過渡層比較薄,特別是其中的不均勻攪拌層很薄時,這種有害組成相的幾何尺寸極小或甚至根本不能形成,其危害性就能大大降低甚至消除。上述分析沒有考慮母材金屬A(或B)與D之間線脹系數(shù)、彈性模量等方面的差異。若這種差異很大,即使過渡層很薄,出現(xiàn)的溫度差應力梯度也很大,不連續(xù)應力狀態(tài)嚴重,這也有可能導致焊后冷卻過程中出現(xiàn)應力裂紋。


  近縫區(qū)有可能形成冷裂紋,這是因為在近縫區(qū)形成硬脆的馬氏體組織所致,它的比容增大造成組織應力加大,導致近縫區(qū)出現(xiàn)微裂紋,在焊接應力作用下,微裂紋擴展為宏觀裂紋;或者是在淬火鋼焊縫的近縫區(qū),由于氫從焊縫金屬中擴散到近縫區(qū)并使之飽和,產(chǎn)生較大的內(nèi)應力,增加了近縫區(qū)脆性而發(fā)生氫致裂紋。例如鐵素體不銹鋼-珠光體鋼的焊接接頭,若焊縫金屬為穩(wěn)定的純鐵素體組織,由于鐵素體溶解氫的能力比奧氏體小的多,在溶入高溫熔池中的氫,絕大部分將流向Ac3溫度以上的珠光體鋼焊縫一側(cè)的熱影響區(qū)金屬中,冷卻過程中就有可能使氫來不及從淬火區(qū)金屬中析出,形成高度過飽和,從而增大其發(fā)生氫致裂紋的可能性。


  在異種鋼焊接時,還可能由于熔化金屬中的低熔成分向鄰近的固態(tài)金屬晶界滲透,形成低熔液態(tài)金屬層,從而導致裂紋。例如,用黃銅焊絲釬焊結(jié)構鋼接頭或者鋼-銅接頭時,特別是氣焊的條件下,如果高溫停留時間過長,有可能由于黃銅沿著鋼的奧氏體晶界往母材金屬深處滲透,導致母材金屬的晶界產(chǎn)生裂紋,可以將其稱為滲透裂紋。還例如,在焊接碳鋼-奧氏體不銹鋼接頭時,碳鋼坡口部位母材中的低熔點夾雜物被吸入奧氏體不銹鋼的近縫區(qū),而引起近縫區(qū)中出現(xiàn)晶間熱裂紋。


2. 焊縫金屬中的熱裂紋


  為了使焊接接頭具有良好的塑性,一般希望焊縫金屬為奧氏體組織,而此時恰恰最易出現(xiàn)焊縫中心裂紋。其形成機理與奧氏體不銹鋼焊接形成熱裂紋一樣:在焊縫尚未完全結(jié)晶之前,熔池中存在低熔點液膜,在結(jié)晶過程中,熔池收縮焊縫受拉,低熔點液態(tài)薄膜被破壞又得不到補充,就形成結(jié)晶裂紋。根據(jù)形成裂紋的機理,按照焊接冶金學基本規(guī)律進行分析,設計出防止形成熱裂紋的焊縫金屬化學成分,可以通過研制或選擇焊接材料來進行大幅度調(diào)控,來避免焊縫熱裂紋的形成;也可以依據(jù)相同或類似成功的工程實例來選擇焊接材料。


3. 焊接接頭中殘余應力引起的裂紋


  異種鋼焊接時由于兩種母材金屬熱物理性能不同,在不同材料的各個部分,焊接溫度場分布不對稱,也可能造成的裂紋。例如,珠光體鋼和奧氏體型不銹鋼在20~600℃溫度范圍內(nèi)線脹系數(shù)為(13.5~14.5)×10-6/℃和(16.5~18.5)×10-6/℃,焊后焊接接頭必然會出現(xiàn)較大的殘余應力,在奧氏體焊縫一側(cè)承受拉應力,而在珠光體鋼焊縫一側(cè)承受壓應力,即使通過焊后熱處理也不能改變其應力分布的特征,僅僅會使殘余應力重新分布。如果上述異種鋼焊接接頭在高溫下運行還會產(chǎn)生很大的熱應力,尤其是在周期性加熱和冷卻的工作條件下服役,焊接接頭又要承受嚴重的熱交變應力,會在珠光體鋼一側(cè)的熔合區(qū)中產(chǎn)生熱疲勞裂紋,并沿脫碳層擴散,導致焊接接頭在短期內(nèi)破壞。








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