低合金耐热钢焊接接头再热裂纹研究进展

林劲波

中煤第九十二工程有限公司 河北邯郸 056106

合金焊接的质量好坏离不开焊接材料的选择以及焊接工艺技术的应用，为此，想要有效提高合金焊接的质量与使用性能，就必须严格按照焊接材料的选用标准以及焊接工艺要求去进行材料的选择和工艺的使用，以此保证合金焊接工作的有序开展，为合金焊接的质量提供基本的材料和工艺技术保障。

1 合金焊接材料的选择

1.1 合金焊接材料介绍

合金焊接材料指的是焊接过程中所使用的耗材，包括焊条、焊丝、焊剂、气体以及金属粉末等。焊接材料在使用的过程中会对人体和周围环境造成一定的不良影响，例如焊渣污染、有毒气体排放以及弧光辐射等，需要在焊接的过程中引起工作人员的重视，采取适当的防护措施，减轻合金焊接材料所带来的影响问题[1]。

1.2 合金焊接材料的选择原则

合金焊接材料的选择是焊接操作过程中的重要内容之一，需要根据不同焊接工艺以及待焊接材料的性能进行科学、合理的选择，以此有效提高合金焊接的整体质量以及工艺技术应用效果。合金焊接材料的选择应该遵从以下几点原则：第一，根据焊件材料性能选择的原则。不同的焊件会具有不同的物理性能、化学成分以及力学性能。第二，满足工作条件和使用性能的原则。合金焊接材料的选择要保证焊件在正常的工作条件下能够达到相应的使用性能。在选择焊接材料的时候，要充分考虑到焊件的实际工作条件，承受多大的动力载荷和冲击载荷、在腐蚀介质中工作以及早低温或者高温条件下工作等，结合焊件的实际工作条件选用适当的焊接材料，可以有效焊高焊件接缝的牢固性以及稳定性，延长焊件的使用寿命。第三，与焊件的复杂程度以及结构特点相适应原则。针对一些形状复杂或者厚度较大的焊件而言，焊缝在冷却的过程中会产生较大的内应力，可能会导致焊接材料发生裂纹现象，所以，在焊接的时候需要选择抗裂性比较好的材料，例如高韧性焊条或者低氢型焊条等。另外，对于一些焊接点位置存在的铁锈、氧化皮以及油污等无法清理干净的焊件进行焊接时，需要选用对上诉杂质不敏感的焊接材料进行焊接。第四，操作空间以及操作环境原则。部分焊接材料只适用于特定位置的焊接，所以在使用这类焊接材料的时候，要对焊接的位置进行提前的确认，以免出现焊接材料混用的问题，导致焊接质量下降。第五，经济性原则。在选用焊接材料的时候，除了要保证焊接质量和焊接效率以外，还应该着重考虑到焊接材料的经济性。焊接材料的选择要在保证焊件焊接质量以及使用性能的前提下，选择性价比更好的焊接材料，减少焊接成本。在遇到对性能有不同要求的焊接工作时，可以选用不同的焊接材料对焊件的焊缝进行焊接，无需考虑焊接材料的全面性能，只要满足焊件对焊缝的具体要求即可[2]。

2 再热裂纹影响因素

2.1 材料化学成分

2.1.1 合金化元素

合金化元素对再热裂纹的影响随钢种和合金的不同而不同。对于Cr-Mo类珠光体耐热钢，当Mo含量达1.0%、Cr含量达0.5%后，随Cr含量继续增加，再热裂纹率反而下降。在钢中含V时，再热裂纹率显著增加；在1Cr-0.5Mo钢中，随着V量增加，C的影响加大；V，Nb，Ti，Mo几种元素由强到弱，V对再热裂纹影响最大。Cr-Mo钢中Cr，Mo的复合作用及P对Cr，Mo的复合作用的影响。Mo含量一定时，随Cr含量增加，再热裂纹敏感性升高，在达到最大值1.2%后，随Cr含量增加再热裂纹敏感性反而减小；Cr含量一定时，随Mo含量增加，裂纹敏感性提高。Ti对T23钢再热裂纹的影响明显，将Ti控制在一定范围可降低再热裂纹敏感性。

2.1.2 杂质元素

再热裂纹的形成与杂质元素存在密切关系。钢中杂质偏聚于晶界并使之弱化，增大再热裂纹倾向，使再热裂纹的敏感温度区间显著向左方移动。杂质元素中，影响最为显著的是S，P，B等元素。

2.2 组织形态晶粒度影响

再热裂纹敏感性。粗晶区晶粒度越大，越易产生再热裂纹。粗大的晶粒降低接头的蠕变塑性，而当晶粒较小时，晶界所占的面积相对大，在其它条件均相同的情况下，晶界所能承受的蠕变变形量也相对大，形成再热裂纹的倾向相应减小。

2.3 壁厚

接头厚度增加，对接头的冶金因素与力学因素都产生较大影响，从而对再热裂纹的生成产生较大影响：①材料的韧性降低，材料的临界塑性变形能力降低]；②焊接层道数增加，HAZ应变增加；③热处理时温度梯度增加，焊接接头残余应力加大。

3 应力强度因子计算

应力强度因子是断裂力学理论中表征含缺陷结构裂纹区域应力场强度的重要参量，其大小决定着含裂纹体中裂纹在外载荷作用下的扩展难易程度，可以通过计算裂纹应力强度因子大小判断含裂纹体的疲劳强度。应力强度因子越大时，裂纹扩展越快，材料剩余强度越小，结构越危险。含表面裂纹结构在确定载荷作用下，半椭圆型表面裂纹前沿各点对应不同的应力强度因子。建立了平板内表面裂纹应力强度因子计算公式，一直被广泛使用，以此指导人们对含表面裂纹结构的疲劳问题研究[3]。

4 结语

通过计算含表面裂纹T型焊接接头裂纹处应力强度因子可以得到如下结论：（1）焊接接头结构参数严重影响焊接接头的疲劳强度；（2）进行T型焊接接头设计时，焊趾宽度和副板厚度分别取值L1/B=0.5、b/B=0.5，增强焊接接头的疲劳性能、简化焊接工艺、减轻结构重量。（3）表面裂纹疲劳扩展过程中会按照一定的形状变化规律向前扩展。