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焊接裂纹产生的因素及优化策略

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:形成焊接裂纹的条件是在焊接过程中焊接接头局部区域强度降低,使得该区域强度小于该区域承受的焊接应力,造成开裂。可以通过提高焊接接头的强度和韧性,降低焊接接头应力的方法,防止焊接裂纹的产生。焊接裂纹的形成受多种相关因素的影响,这些因素大体可归结为两大类:冶金因素和力学因素。焊接裂纹的产生是焊接过程中许多因素相互作用的结果。因此,可以通过分析裂纹形态、产生机制和影响因素,提出预防焊接裂纹的具体措施。

焊接裂纹产生的因素及优化策略

形成焊接裂纹的条件是在焊接过程中焊接接头局部区域强度降低,使得该区域强度小于该区域承受的焊接应力,造成开裂。可以通过提高焊接接头的强度和韧性,降低焊接接头应力的方法,防止焊接裂纹的产生。

焊接裂纹的形成受多种相关因素的影响,这些因素大体可归结为两大类:冶金因素和力学因素。

1.冶金因素

焊接是一系列不平衡的工艺过程的综合,在快速冶金和凝固的条件下,必然产生不同程度的物理化学状态的不均匀性。

1)焊接冶金过程带来的夹渣与夹杂,以及氮、氢、氧等气体元素含量处于过饱和状态。

2)在热影响区金属中,快速加热与冷却使金属中的晶格缺陷增加,组织不均匀性增加。

3)在焊缝金属中,由于结晶偏析,使化学成分分布不均匀。其中,当低熔点共晶的组成元素如S、P、Si等发生偏聚富集时,将对焊接裂纹的形成起重要的作用。

4)合金元素引起的急冷硬化、回火脆化、时效硬化、加工硬化等,使金属发生了不利于提高抗裂纹发生与发展能力的组织转变。

2.力学因素(www.xing528.com)

内在的热应力、组织应力与外加的拘束应力,以及应力集中相叠加,构成了导致焊接接头金属开裂必不可少的力学条件。

1)在焊接过程中,由于不平衡的快速加热与快速冷却,焊接接头金属承受了热循环的作用;在接头的不同区域,加热的峰值温度不同,冷却速度也不同,产生了不均匀的组织区域,这样在焊接接头中就产生了热应力和组织应力。

2)由于冶金过程中带来的夹渣与夹杂以及空位等缺欠,导致焊接接头存在应力集中。

3)焊接过程中,焊件的拘束应力。

4)使用过程中,外加载荷的作用。

所有这些作用力使整个焊接接头金属处于复杂的应力/应变状态。

需要强调的是导致焊接接头出现裂纹的冶金因素和力学因素,二者之间并非毫无关联,它们之间也存在着某些内在的联系。如金属的热塑性变化特性、热膨胀性以及组织转变特性等构成的冶金因素,在很大程度上对焊接接头金属所处的应力-应变状态起着重要作用。又如当焊缝金属在冶金过程中产生了空位、夹杂以及低熔点共晶时,此处就容易引起应力集中,导致固相金属撕裂,形成裂纹源。

焊接裂纹的产生是焊接过程中许多因素相互作用的结果。既然焊接裂纹的产生与焊接过程的冶金因素与力学因素有关,那么,裂纹的形态与裂纹的产生条件必然有某种本质上的联系。也就是说,裂纹的形态在某种程度上是导致裂纹产生的本质因素的具体表现。因此,可以通过分析裂纹形态、产生机制和影响因素,提出预防焊接裂纹的具体措施。

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