不锈钢薄板焊接裂纹成因分析

不锈钢薄板焊接裂纹成因分析

冷传彬 王兆东

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：近年来，随着不锈钢复合钢板制造工艺的日臻完善,凭借其良好的复合性能，在工程应用也越来越广泛。但由于碳钢与不锈钢在物理性能方面和化学成分及组织，包括焊接性能方面存在差异较大，在焊接过程中极易产生裂纹，影响整体施工质量及使用安全性。本文通过对不锈钢焊接出现裂纹的分析，查找出发生裂纹的主要原因，提出防止发生防止裂纹的建议。

关键词：不锈钢薄板；焊接裂纹；成因分析

引言

裂纹是焊接结构中最危险的一种缺陷，不但会使产品报废，甚至可能引起严重的事故。不锈钢焊管裂纹按其产生的温度和时间的不同可分为冷裂纹、热裂纹和再热裂纹；按其产生的部位不同可分为纵裂纹、横裂纹、焊根裂纹、弧坑裂纹、熔合线裂纹及热影响区裂纹等。

1 热裂纹

焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间所产生的焊接裂纹称为热裂纹。它是一种不允许存在的危险焊接缺陷。根据焊管热裂纹产生的机理、温度区间和形态，热裂纹又可分成结晶裂纹、高温液化裂纹和高温低塑性裂纹。

产生原因：主要是熔池金属中的低熔点共晶物和杂质在结晶过程中，形成严重的晶内和晶间偏析，同时在焊接应力作用下．沿着晶界被拉开，形成热裂纹。热裂纹一般多发生在奥氏体不锈钢、镍合金和铝合金中。低碳钢焊接时一般不易产生热裂纹，但随着钢的含碳量增高，热裂倾向也增大。

防止措施：严格地控制不锈钢焊接管及焊接材料的硫、磷等有害杂质的含量，降低热裂纹的敏感性；调节焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化晶粒，提高塑性，减少或分散偏析程度；采用碱性焊接材料，降低焊缝中杂质的含量，改善偏析程度；选择合适的焊接工艺参数，适当地提高焊缝成形系数，采用多层多道排焊法；断弧时采用与母材相同的引出板，或逐渐灭弧，并填满弧坑，避免在弧坑处产生热裂纹。

2 冷裂纹

焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在M。温度以下）产生的裂纹称为冷裂纹。冷裂纹可在焊后立即出现，也有可能经过一段时间（几小时、几天甚至更长时间）才出现，这种裂纹又称延迟裂纹，它是冷裂纹中比较普遍的一种形态，具有更大的危险性。

产生原因：马氏体转变而形成的淬硬组织、拘束度大而形成的焊接残余应力和残留在焊缝中的氢是产生冷裂纹的三大要素。

防止措施：选用低氢型焊接材料，使用前严格按照说明书的规定进行烘焙；焊前清除焊件上的油污、水分，减少焊缝中氢的含量；选择合理的焊接工艺参数和热输入，减少焊缝的淬硬倾向；焊后立即进行消氢处理，使氢从焊接接头中逸出；对于淬硬倾向高的不锈钢焊接管，焊前预热、焊后及时进行热处理，改善接头的组织和性能；采用降低焊接应力的各种工艺措施。

3 再热裂纹

焊后，不锈钢焊接管在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其他加热过程）而产生的裂纹叫做再热裂纹。

产生原因：再热裂纹一般发生在含钒、铬、钼、硼等合金元素的低合金高强度钢、珠光体耐热钢及不锈钢中，经受一次焊接热循环后，再加热到敏感区域(550~ 650℃)而产生的。裂纹大多起源于焊接热影响区的粗晶区。再热裂纹大多数产生于不锈钢焊接管和应力集中处，多层焊时有时也会产生再热裂纹。

防止措施：在满足设计要求的前提下，选择低强度的焊接材料，使焊缝强度低于母材，应力在焊缝中松弛，避免热影响区产生裂纹；尽量减少焊接残余应力和应力集中；控制焊管焊接热输入，合理地选择预热和热处理温度，尽可能地避开敏感区。

4 焊接过程及注意事项

不锈钢薄板焊接过程应该注意以下几点：（1）焊前应将两板运用夹具夹紧，不允许留有间隙并防止在焊接过程中产生变形。（2）焊接时通常采用左向焊法，断续送丝，焊接时送丝应与焊枪移动相协调，其中脉冲电流用于熔化焊丝形成焊缝，基值电流为冷却熔池和保证电弧不熄灭。（3）严格控制焊接温度与热输入。在焊接过程中，运用分中分段退焊法，每次焊接长度约为50~60mm，确保每段每道之间温度下降到100℃以下方可进行焊接。（4）注意起头、接头、收弧的处理。焊接过程中应运用起弧、焊接、收弧电流等功能，稍大的起弧电流能保证焊缝温度的快速上升，促使起弧熔合良好；焊接电流应与送丝熔化速度及焊接速度相匹配，接头处应用砂轮机磨薄成斜口以保证连接良好；收弧处须采用衰减或收弧功能，将弧坑填满，防止火口与弧坑裂纹产生。（5）焊接过程中采用直线运条法，利用送丝量来控制焊缝余高，并保证焊缝两侧的熔合。

结束语

（１）焊接过程中的微量元素是导致该不锈钢薄板钎焊后产生裂纹的主要原因。（２）建议在施焊时，应严格控制施焊处的温度和焊嘴倾斜角度，以避免类似失效的再次发生（3）随着焊接电流的增大，焊缝部分的显微组织由心部等轴晶粒先变为均匀的铁素体组织，再到心部的晶粒变成不规则且各向异性的粗晶;焊缝的抗拉强度和硬度是先增后减，断后伸长率变化不大，呈逐渐下降的趋势。（4）焊接参数需要严格进行控制。

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