低合金耐熱鋼焊接接頭再熱裂紋研究進展

林勁波

中煤第九十二工程有限公司 河北邯鄲 056106

合金焊接的質量好壞離不開焊接材料的選擇以及焊接工藝技術的應用，為此，想要有效提高合金焊接的質量與使用性能，就必須嚴格按照焊接材料的選用標準以及焊接工藝要求去進行材料的選擇和工藝的使用，以此保證合金焊接工作的有序開展，為合金焊接的質量提供基本的材料和工藝技術保障。

1 合金焊接材料的選擇

1.1 合金焊接材料介紹

合金焊接材料指的是焊接過程中所使用的耗材，包括焊條、焊絲、焊劑、氣體以及金屬粉末等。焊接材料在使用的過程中會對人體和周圍環境造成一定的不良影響，例如焊渣污染、有毒氣體排放以及弧光輻射等，需要在焊接的過程中引起工作人員的重視，采取適當的防護措施，減輕合金焊接材料所帶來的影響問題[1]。

1.2 合金焊接材料的選擇原則

合金焊接材料的選擇是焊接操作過程中的重要內容之一，需要根據不同焊接工藝以及待焊接材料的性能進行科學、合理的選擇，以此有效提高合金焊接的整體質量以及工藝技術應用效果。合金焊接材料的選擇應該遵從以下幾點原則：第一，根據焊件材料性能選擇的原則。不同的焊件會具有不同的物理性能、化學成分以及力學性能。第二，滿足工作條件和使用性能的原則。合金焊接材料的選擇要保證焊件在正常的工作條件下能夠達到相應的使用性能。在選擇焊接材料的時候，要充分考慮到焊件的實際工作條件，承受多大的動力載荷和沖擊載荷、在腐蝕介質中工作以及早低溫或者高溫條件下工作等，結合焊件的實際工作條件選用適當的焊接材料，可以有效焊高焊件接縫的牢固性以及穩定性，延長焊件的使用壽命。第三，與焊件的復雜程度以及結構特點相適應原則。針對一些形狀復雜或者厚度較大的焊件而言，焊縫在冷卻的過程中會產生較大的內應力，可能會導致焊接材料發生裂紋現象，所以，在焊接的時候需要選擇抗裂性比較好的材料，例如高韌性焊條或者低氫型焊條等。另外，對于一些焊接點位置存在的鐵銹、氧化皮以及油污等無法清理干凈的焊件進行焊接時，需要選用對上訴雜質不敏感的焊接材料進行焊接。第四，操作空間以及操作環境原則。部分焊接材料只適用于特定位置的焊接，所以在使用這類焊接材料的時候，要對焊接的位置進行提前的確認，以免出現焊接材料混用的問題，導致焊接質量下降。第五，經濟性原則。在選用焊接材料的時候，除了要保證焊接質量和焊接效率以外，還應該著重考慮到焊接材料的經濟性。焊接材料的選擇要在保證焊件焊接質量以及使用性能的前提下，選擇性價比更好的焊接材料，減少焊接成本。在遇到對性能有不同要求的焊接工作時，可以選用不同的焊接材料對焊件的焊縫進行焊接，無需考慮焊接材料的全面性能，只要滿足焊件對焊縫的具體要求即可[2]。

2 再熱裂紋影響因素

2.1 材料化學成分

2.1.1 合金化元素

合金化元素對再熱裂紋的影響隨鋼種和合金的不同而不同。對于Cr-Mo類珠光體耐熱鋼，當Mo含量達1.0%、Cr含量達0.5%后，隨Cr含量繼續增加，再熱裂紋率反而下降。在鋼中含V時，再熱裂紋率顯著增加；在1Cr-0.5Mo鋼中，隨著V量增加，C的影響加大；V，Nb，Ti，Mo幾種元素由強到弱，V對再熱裂紋影響最大。Cr-Mo鋼中Cr，Mo的復合作用及P對Cr，Mo的復合作用的影響。Mo含量一定時，隨Cr含量增加，再熱裂紋敏感性升高，在達到最大值1.2%后，隨Cr含量增加再熱裂紋敏感性反而減小；Cr含量一定時，隨Mo含量增加，裂紋敏感性提高。Ti對T23鋼再熱裂紋的影響明顯，將Ti控制在一定范圍可降低再熱裂紋敏感性。

2.1.2 雜質元素

再熱裂紋的形成與雜質元素存在密切關系。鋼中雜質偏聚于晶界并使之弱化，增大再熱裂紋傾向，使再熱裂紋的敏感溫度區間顯著向左方移動。雜質元素中，影響最為顯著的是S，P，B等元素。

2.2 組織形態晶粒度影響

再熱裂紋敏感性。粗晶區晶粒度越大，越易產生再熱裂紋。粗大的晶粒降低接頭的蠕變塑性，而當晶粒較小時，晶界所占的面積相對大，在其它條件均相同的情況下，晶界所能承受的蠕變變形量也相對大，形成再熱裂紋的傾向相應減小。

2.3 壁厚

接頭厚度增加，對接頭的冶金因素與力學因素都產生較大影響，從而對再熱裂紋的生成產生較大影響：①材料的韌性降低，材料的臨界塑性變形能力降低]；②焊接層道數增加，HAZ應變增加；③熱處理時溫度梯度增加，焊接接頭殘余應力加大。

3 應力強度因子計算

應力強度因子是斷裂力學理論中表征含缺陷結構裂紋區域應力場強度的重要參量，其大小決定著含裂紋體中裂紋在外載荷作用下的擴展難易程度，可以通過計算裂紋應力強度因子大小判斷含裂紋體的疲勞強度。應力強度因子越大時，裂紋擴展越快，材料剩余強度越小，結構越危險。含表面裂紋結構在確定載荷作用下，半橢圓型表面裂紋前沿各點對應不同的應力強度因子。建立了平板內表面裂紋應力強度因子計算公式，一直被廣泛使用，以此指導人們對含表面裂紋結構的疲勞問題研究[3]。

4 結語

通過計算含表面裂紋T型焊接接頭裂紋處應力強度因子可以得到如下結論：（1）焊接接頭結構參數嚴重影響焊接接頭的疲勞強度；（2）進行T型焊接接頭設計時，焊趾寬度和副板厚度分別取值L1/B=0.5、b/B=0.5，增強焊接接頭的疲勞性能、簡化焊接工藝、減輕結構重量。（3）表面裂紋疲勞擴展過程中會按照一定的形狀變化規律向前擴展。