耐蝕堆焊中的側向彎曲開裂問題

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）