冷裂纹在低合金高强度结构钢中的产生和预防
学号:B10030124
学院:洛阳理工学院
系别:机电工程系
姓名:朱罗北
教师:闫红彦
摘要:低合金高强度结构钢在产品制造中的应用越来越广,这就要求我们对低合金高强度结构钢的性能和特点有更进一步的认识和了解,因此,本文就低合金高强度结构钢在焊接过程中冷裂纹的产生原因和预防措施作了总结和归纳,帮助学生更好地掌握本章的知识点,为今后的实际操作打下理论基础。
关健词:低合金高强度结构钢冷裂纹原因措施
低合金高强度结构钢简称低合金高强钢,它是在碳素钢的基础上加入总量不超过5%的合金元素,来获得高强度、高韧性或其他特殊性能的合金材料。按国家标准,以热轧和正火状态供货的低合金高强钢,按其屈服点可分为5类:即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460,以热处理状态供货的低合金高强度钢,按其屈服点可分为6类:即Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690,质量等级都为A、B、C、D、E、5级。在目前使用的焊接结构中,屈服点在500MPa以下的各种低合金高强钢应用最普遍,这类钢由于采用了先进的冶炼技术和热处理技术,不仅具备了较高的综合力学性能,而且还具备不同类型的工程结构所需要的特殊性能,使低合金高强钢在许多行业都得到了广泛的应用,并已有逐步取代普通碳素结构钢的趋势,由于这类钢的供货状态决定了钢中的主要缺陷为冷裂纹和热影响区脆化,而这些缺陷将直接影响到焊接接头的质量,因此,理解和掌握这些缺陷在钢中的产生原因和预防措施,就尤为重要,为帮助学生扎实掌握本章
节的重点和难点,为今后的实际操作打下理论基础,下面就冷裂纹在低合金高强钢中的产生原因和预防措施,作一分析。
一、冷裂纹产生的原因
当低合金高强钢的焊接接头,冷却到300℃以下时出现的裂纹,就为冷裂纹。冷裂纹主要是在焊接接头的热影响区产生的,随着钢材屈服点的提高,裂纹出现的倾向也加强,又因为这种裂纹是在焊后经过一段时间后才出现的宏观裂纹,所以又称为延时裂纹,它会使接头质量降低,严重时,会造成整个焊接结构出现严重事故。所以,冷裂纹是低合金高强钢的焊接接头中最危险的缺陷。而导致冷裂纹产生的主要原因,有三个方面,即钢材的淬硬组织、焊缝的扩散氢含量和接头的拘束应力。
1.钢材淬硬组织对冷裂纹产生的影响
在低合金高强度结构钢的焊接接头中,冷裂纹的形成主要与接头的热影响区在热循环的作用下的组织转变有关,也就是说,在焊接接头的热影响区内,产生马氏体等淬硬组织是产生冷裂纹的关键,并且,钢材的马氏体数量越多,越容易产生冷裂纹,这是因为,只有产生马氏体等淬硬组织时,氢才能在裂纹成核和扩展过程中起一定的促进作用,最终导致焊接接头发生裂纹时,只需消耗较低的能量,使裂纹容易产生。
2.焊缝扩散氢对冷裂纹产生的影响
氢对钢材性能的有害作用主要表现为产生氢脆、形成白点和产生冷裂纹。焊接填充材料中,含有以各种形式存在的含氢物质,这些物质在高温电弧作用下分解为氢气,氢气又被高温的焊接电弧分解成原子H和离子H+,而进入液态熔池与液态金属熔合,当液态熔池金属冷却凝固时,氢的溶解度大大降低,过量的氢就会向热影响区扩散、聚集,当含氢量达到产生冷裂纹的临界含量时,就会使热影响区形成裂纹,这种裂纹称为氢致裂纹。
3.焊接接头的拘束应力对冷裂纹产生的影响
焊接工件在无拘束的情况下,它的热胀和冷缩没有受到阻碍,接头内部不会产生反作用应力。如焊接工件加以刚性固定,那么在加热和冷却的过程中,虽然
整个工件不会发生伸长和缩短现象,但接头内部将产生焊接残余应力,在焊接工件使用过程中,可能会导致焊接接头内部产生裂纹。这种裂纹称为延迟裂纹。
二、防止冷裂纹产生的措施
在低合金高强钢的焊接中,防止焊接接头产生裂纹是一项重要的技术,它直接关系到焊接接头的质量和焊接结构的可靠性。因此,我们可以从焊接方法、焊接工艺、焊后热处理等几方面采取措施,来预防焊接接头冷裂纹的形成。
1.焊接方法
低合金高强度结构钢适应各种焊接方法,我们应根据钢材的强度、焊件的形状、接头质量、现有技术装备和经济性方面作综合的全面考虑。如仅从防止焊接裂纹这方面来看,因CO 2气体保护焊和Ar+CO2混合气体保护焊的焊缝氢含量较低,并可适当降低焊前温度,所以,应为一种相当经济的焊接方法。目前,使用最广泛的是焊条电弧焊和埋弧焊,这二种方法焊缝氢含量均可达到超低氢的等级,但其经济性较差。
2.焊接材料的选择
1)按等强原则选择与母材强度相当的焊接材料,因为焊缝强度不能过高,否则将导致焊缝韧性、塑性及抗裂性降低。
2)对强度级别较高的低合金高强度结构钢,或厚板、结构刚性强以及受动载荷或低温下工作的重要焊接结构,可采用比母材低一级强度的碱性焊条进行焊接,因为此类焊条的韧性、塑性和抗裂纹性都较好。
冷裂纹在低合金高强度结构钢中的产生和预防
