奥氏体钢焊接接头热裂纹全国职业教育数字化资源共建共享.PPT

* * * * * * * * 全国职业教育数字化资源共建共享 W-* 焊接技术课题 编号：ZYKC201117 welding 奥氏体钢焊接接头热裂纹 华侨大学 奥氏体钢焊接接头热裂纹 在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间金属出现液化裂纹。 单相奥氏体不锈钢钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 （一）奥氏体钢焊接热裂纹的基本原因 奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，较大拉应力； 奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析； 奥氏体钢合金组成较复杂，易溶共晶多。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 （二）热裂纹与凝固模式 凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（γ）组织的焊缝中，如果为γ＋δ双相组织，则不易于产生凝固裂纹。 通常用室温下焊缝中δ相数量来判断热裂倾向，如图9-10所示。室温δ相数量由0%增至100%，热裂倾向与脆性温度区间BTR大小完全对应。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 奥氏体钢焊接接头热裂纹 图9-10 凝固模式对热裂纹的影响 TCL-裂纹总长 BTR-脆性温度区间 （二）热裂纹与凝固模式 凝固裂纹与凝固模式有直接关系 所谓凝固模式，首先是指以何种初生相（γ或δ）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。 四种凝固模式：如图9-11所示 1）合金①，以δ相完成整个凝固过程，以F表示； 奥氏体钢焊接接头热裂纹 2）合金②初生相为δ，但超过AB面后又依次发生包晶和共晶反应，以FA表示； 3）合金③初生相为γ，但超过AC面后依次发生包晶和共晶反应，以AF表示； 4）合金④初生相为γ，直到凝固结束不再发生变化，以A表示。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 奥氏体钢焊接接头热裂纹 图9-11 Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的 伪二元相图 偏析液膜能够润湿γ-γ、δ-δ界面，不能润湿异相γ-δ界面。 以FA模式形成的δ相呈蠕虫状，妨碍γ枝晶支脉发展，构成理想的γ-δ界面，因而不会有热裂倾向。 单纯F或A模式凝固时，只有γ-γ或δ-δ界面，所以会有热裂倾向。 以AF模式凝固时，由于是通过包晶／共晶反应面形成γ＋δ，这种δ相不足以构成理想的γ＋δ界面，所以仍然可以呈现液膜润湿现象，以致还有一定的热裂倾向。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 AF与FA的分界具有重要意义； 由图9-11可知，这个界线应通过点A（实为共晶线），按舍夫勒图的Creq、Nieq的计算的，这个界线大体相当Creq / Nieq≈1.5。如将这一界线标于舍夫勒图上，可防止热裂所需室温δ相数量与凝固模式AF/FA界线联系起来。 图9-12为标有AF/FA界线的舍夫勒焊缝组织图。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 奥氏体钢焊接接头热裂纹 图9-12 标有AF/FA界线的舍夫勒图 至于焊接热影响区的热裂纹，多属液化裂纹，也与偏析液膜有联系，因此，也与Creq/Nieq有同样的依赖关系。 由图9-13可以看出，焊接热影响区的热裂纹与母材纯度有重要关系。 按舍夫勒图计算，在Creq/Nieq1.5时，应力求钢中杂质P+S0.01% ，方可保证不产生热裂纹。 最易产生液化裂纹的部位是紧邻熔合线的过热区（1300~1450℃峰值范围），因为这个部位有利于出现偏析液膜。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 奥氏体钢焊接接头热裂纹 图9-13 焊接热影响区热裂纹与Creq/Nieq的关系 影响热裂倾向的关键是决定凝固模式的Creq/Nieq比值，而并非室温δ相数量。 18-8系列奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.5～2.0之间，一般不会轻易发生热裂。而25-20系列奥氏体钢，因Creq/Nieq＜1.5，含Ni含量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂倾向。 （三）热裂纹与化学成分 Mn的影响 在单相奥氏体钢中Mn的作用有利，但若同时存在Cu时，Mn与Cu可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。 S、P的影响 硫、磷在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向。磷容易在焊缝中形成低熔点磷化物，增加热裂敏感性，而硫则容易在焊接热影响区形成低熔点硫化物而增加热裂敏感性。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫能形成MnS，并且离散地分布在焊缝中。 奥氏体钢焊接接头热裂纹 S、P的影响 在热影响区中，硫比磷对裂纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶界偏析。焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在0.015%以内。 Si的影响 Si是铁素体形成元素，焊缝中wSi4%之后，碳的活动能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，为了提高抗晶间腐蚀能力，必须使焊缝中wC不超过0.02%。 Si在18-8钢中有利于促使产生δ相，可提高抗裂性，可不