耐蝕堆焊中的側向彎曲開裂問題
2017-07-21 來自: 中山市瑞力特五金材料有限公司 瀏覽次數:1400
一、側向彎曲開裂的本質。
在焊接工藝評定及相關試驗中,耐蝕堆焊的側向彎曲試樣開裂時有發生,起裂源主要位于熔合線,堆焊層內和堆焊層的上邊緣,起裂源很少見于母材和熱影響區??偨Y發現,高稀釋率的焊接方法堆焊開裂發生率高于低稀釋率的焊接方法堆焊,如焊條堆焊和藥芯焊絲堆焊產生的幾率明顯高于帶極堆焊。
那么側向彎曲開裂的本質是什么?在NB/T47014中提到這么一句話“側向彎曲試驗是驗證耐蝕堆焊接頭塑性和完好性的試驗”,這就是耐蝕堆焊側向彎曲開裂的本質。
塑性不好體現在接頭(主要是熔合線和堆焊層)的塑性儲備不足以支撐彎曲到相應的角度,隨著受拉面拉應力的增大到一定值時,裂紋源迅速擴展產生開裂。
完整性不好主要體現在焊縫不連貫,如堆焊層中存在夾渣、裂紋和未熔合的缺陷。這些缺陷作為起裂源,誘發了開裂的發生。
二、如何解決耐蝕堆焊層中的側向彎曲開裂問題?
從本質入手,分析這個問題。
1.避免堆焊接頭脆化,提高堆焊接頭塑性。
(1)通過調整焊接工藝降低稀釋率,減少母材對Cr、Ni含量的稀釋,降低堆焊層的碳含量,以便減少脆硬相的析出,從而降低熔合線及堆焊層的脆化程度,如何降低稀釋率這里先簡單說明,待后期討論。
(2)防止不當的試樣加工過程造成的堆焊接頭脆化。在機械加工過程中,因進刀量過大致使試樣發熱,使得側向彎曲試樣脆化。這種情況在工廠中時有發生。線切割和鋸切后磨床加工等方式可以完全防止這種情況的產生。
(3)試樣經歷的熱處理過程也會影響堆焊層的脆性,這主要和脆硬相的析出有關。但往往受產品制造工藝影響,熱處理溫度和時間是無法改變。
2.減小受拉面的拉應力(應力集中)。
在彎曲過程中,會在受拉面產生拉應力。因堆焊材料和母材的物理性能差別較大,受結構突變的影響受拉面的拉應力的大小分布是不均勻的,應力集中處會優先開裂。因此我們盡量避免因這種結構突變帶來的局部應力升高。
(1)熔合線要盡量平滑,無“尖角”。“尖角”越明顯應力集中(局部應力升高)越嚴重。這就是有些起裂源位于熔合線上的原因。如何減少尖角措施如下:
首先選擇工藝性能好的焊接材料,主要體現在與母材具有良好的潤濕性,在焊接過程中易于形成平緩的熔合線。
其次選用適合的焊接參數,適當增加壓道量;焊接過程中選擇適合的焊接角度,盡量減少電弧直接噴燒母材,應使電弧盡量多的熔化上一道堆焊焊縫;這些都有利于產生平緩的熔合線,改變焊接參數熔合線形貌見圖1a、圖1b。
圖1a.熔合線上尖角明顯(FCAW)
圖1b.熔合線上幾乎沒有尖角(FCAW)
(2)試樣的邊緣要按標準要求加工圓角。這也是防止堆焊層“上邊緣”因應力集中(局部應力的升高)開裂的有效措施。
3.保證堆焊接頭的完整性,避免焊接缺陷的產生。這與焊接材料的工藝性、焊接參數的選擇、焊接操作有直接的關系。僅簡單舉例說明。
(1)夾渣,夾渣的本質是因為熔池冷卻過快,渣殼沒有及時上浮造成的。這焊材工藝性有關,如鐵水或鎳水發粘,渣殼不易上??;也和焊接工藝有一定關系,如過快的焊接速度,致使熔池冷卻太快,導致夾渣的發生。
(2)未熔合,很少發生,因未熔合引起的開裂見圖2。往往焊接電流過小或是焊接速度過慢會引發未熔合。此外也和焊材的工藝性有關,見圖3所示,焊道邊緣幾乎垂直于母材,在下一道壓道時,很容易造成壓道處融合不良。
圖2.典型的未熔合開裂。
圖3.焊道金屬和母材潤濕不良(帶極堆焊)