在焊接領域,焊接裂紋可是個棘手難題,其種類豐富,產生條件與原因也千差萬別。有的裂紋焊后瞬間現身,有的稍作 “潛伏”,過段時間才冒頭,甚至會在后續使用中,受外界特定條件誘發出現。而且,它們不光出現在焊縫、熱影響區表面,內部也常常中招。深度了解焊接裂紋的分類與特點就顯得尤為關鍵,接下來就讓我們一同開啟這場知識探秘之旅。

一、按分布形態剖析焊接裂紋
在裂紋產生的區域上有焊縫裂紋和熱影響區裂紋;在相對于焊道的方向上有縱向裂紋和橫向裂紋,縱向裂紋的走向與焊縫軸線平行,橫向裂紋的走向與焊縫軸線基本垂直;在裂紋的尺寸大小上有宏觀裂紋和微觀裂紋;在裂紋的分布上有表面裂紋、內部裂紋和弧坑(火口)裂紋;相對于焊縫垂直面的位置上,有焊趾裂紋、根部裂紋、焊道下裂紋和層狀撕裂等。

(1)縱向裂紋
基本上與焊縫軸線平行的裂紋,可能存在于焊縫金屬中(1)、熔合線上(2)、熱影響區(3)以及母材金屬中(4)。

(2)橫向裂紋
基本上與焊縫軸線垂直的裂紋,可能存在于焊縫金屬中(1)、熱影響區中(3)以及母材金屬中(4)。

(3)放射狀裂紋
具有某一公共點的放射狀裂紋,基本上與焊縫軸線平行的裂紋,可能存在于焊縫金屬中(1)、熱影響區(3)以及母材金屬中(4)。

(4)弧坑裂紋
在焊縫收弧弧坑處的裂紋,可能是縱向的(5)、橫向的(6)和星形的(7)。

(5)間斷裂紋群
一組間斷的裂紋可能存在于金屬中(1)、熱影響區(3)以及母材金屬中(4)。

(6)柱狀裂紋
在某一公共裂紋派生的一組裂紋,可能存在于焊縫金屬中(1)、熱影響區(3)以及母材金屬中(4)。
二、按產生機理深挖焊接裂紋
(1)熱裂紋
結晶裂紋:在結晶后期,雜質較多的碳鋼、低中合金鋼、奧氏體鋼、鎳基合金這類材料,由于低熔點共晶形成液態薄膜,弱化了晶粒間連接。此時,拉伸應力一 “發力”,焊縫上就容易開裂,少量會在熱影響區沿奧氏體晶界出現,敏感溫度處于固相線以上稍高的固液狀態。
多邊化裂紋:純金屬及單相奧氏體合金焊接時,已凝固的結晶前沿,在高溫與應力雙重作用下,晶格缺陷移動聚集,形成低塑性的二次邊界,稍受應力就產生裂紋,敏感溫度在固相線以下再結晶溫度,常于焊縫、熱影響區沿奧氏體晶界開裂。
液化裂紋:含 S、P、C 較多的鎳鉻高強鋼、奧氏體鋼和鎳基合金等材料,在焊接熱循環峰值溫度沖擊下,熱影響區和多層焊層間發生重熔,應力一來,就在熱影響區及多層焊區間沿晶界產生裂紋,敏感溫度在固相線以下稍低位置。
(2)冷裂紋
淬硬脆化裂紋:中、高碳鋼,低、中合金鋼,鈦合金等材料焊接時,淬硬組織遇上焊接應力,就在熱影響區(少量在焊縫)沿晶或穿晶產生裂紋,敏感溫度在 Ms 點以下。
低塑性脆化裂紋:含碳的 Ni-Cr-Mo 鋼、馬氏體不銹鋼、工具鋼這類材料,在較低溫度下,自身收縮應變超出塑性儲備,于是熱影響區及焊縫沿晶或穿晶出現裂紋,敏感溫度在 Ms 點附近。
延遲裂紋:鑄鐵、堆焊硬質合金焊接時,淬硬組織、氫、拘束應力三方 “勾結”,催生出具有延遲特性的裂紋,在 400℃以下的熱影響區及焊縫沿晶或穿晶出現。
(3)再熱裂紋
厚板焊接結構進行消除應力處理時,含有沉淀強化的高強鋼、珠光體鋼、奧氏體鋼、鎳基合金等材料的熱影響區粗晶區,要是存在應力集中,應力松弛產生的附加變形大于蠕變塑性,600 - 700℃再次加熱時,熱影響區粗晶區沿晶就會出現再熱裂紋。
(4)層狀撕裂
含有雜質的低合金高強度厚板結構,內部分層夾雜物沿軋制方向分布,焊接時垂直軋制方向應力一作用,熱影響區或稍遠地方就產生 “臺階” 式層狀開裂,敏感溫度約在 400℃以下。
(5)應力腐蝕裂紋
碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金等制成的焊接容器、管道等結構,在腐蝕介質與應力共同作用下,會產生延遲開裂,任何工作溫度下,焊縫和熱影響區都可能沿晶穿晶出現裂紋。
焊接裂紋的復雜性遠超想象,不同的分類背后對應著各異的產生機制與表象特征。在實際的焊接工作場景里,知識就是守護質量與安全的堅盾。希望各位讀者能在操作臺前、施工現場,敏銳洞察每一處細微異常,用所學知識規避裂紋的產生,為制造業的蓬勃發展持續注入強勁動力。