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1、奥氏体钢焊接接头热裂纹,华侨大学,奥氏体钢焊接接头热裂纹在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间金属出现液化裂纹。单相奥氏体不锈钢钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,（一）奥氏体钢焊接热裂纹的基本原因奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，较大拉应力；奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析；奥氏体钢合金组成较复杂，易溶共晶多。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,（二）热裂纹与凝固模式凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（）组织的焊缝中，如果为双相组织，则不易于产生凝固裂纹。通常用室温下焊缝中相数量来判断热裂倾向，如图9
2、-10所示。室温相数量由0%增至100%，热裂倾向与脆性温度区间BTR大小完全对应。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,奥氏体钢焊接接头热裂纹,图9-10 凝固模式对热裂纹的影响 TCL-裂纹总长 BTR-脆性温度区间,（二）热裂纹与凝固模式凝固裂纹与凝固模式有直接关系所谓凝固模式，首先是指以何种初生相（或）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。四种凝固模式：如图9-11所示1）合金，以相完成整个凝固过程，以F表示；,奥氏体钢焊接接头热裂纹,2）合金初生相为，但超过AB面后又依次发生包晶和共晶反应，以FA表示；3）合金初生相为，但超过AC面后依次发生包晶和共晶反应，以AF表示；4）合金初生
3、相为，直到凝固结束不再发生变化，以A表示。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,奥氏体钢焊接接头热裂纹,图9-11 Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图,偏析液膜能够润湿-、-界面，不能润湿异相-界面。以FA模式形成的相呈蠕虫状，妨碍枝晶支脉发展，构成理想的-界面，因而不会有热裂倾向。单纯F或A模式凝固时，只有-或-界面，所以会有热裂倾向。以AF模式凝固时，由于是通过包晶共晶反应面形成，这种相不足以构成理想的界面，所以仍然可以呈现液膜润湿现象，以致还有一定的热裂倾向。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,AF与FA的分界具有重要意义；由图9-11可知，这个界线应通过点A（实为共晶线），按舍夫勒图的Cre
4、q、Nieq的计算的，这个界线大体相当Creq/Nieq1.5。如将这一界线标于舍夫勒图上，可防止热裂所需室温相数量与凝固模式AF/FA界线联系起来。图9-12为标有AF/FA界线的舍夫勒焊缝组织图。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,奥氏体钢焊接接头热裂纹,图9-12 标有AF/FA界线的舍夫勒图,至于焊接热影响区的热裂纹，多属液化裂纹，也与偏析液膜有联系，因此，也与Creq/Nieq有同样的依赖关系。由图9-13可以看出，焊接热影响区的热裂纹与母材纯度有重要关系。按舍夫勒图计算，在Creq/Nieq1.5时，应力求钢中杂质P+S0.01%，方可保证不产生热裂纹。最易产生液化裂纹的部位是紧邻熔合线的过
5、热区（13001450峰值范围），因为这个部位有利于出现偏析液膜。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,奥氏体钢焊接接头热裂纹,图9-13 焊接热影响区热裂纹与Creq/Nieq的关系,影响热裂倾向的关键是决定凝固模式的Creq/Nieq比值，而并非室温相数量。18-8系列奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.52.0之间，一般不会轻易发生热裂。而25-20系列奥氏体钢，因Creq/Nieq1.5，含Ni含量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂倾向。,（三）热裂纹与化学成分Mn的影响 在单相奥氏体钢中Mn的作用有利，但若同时存在Cu时，Mn与Cu可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。S、P
6、的影响 硫、磷在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向。磷容易在焊缝中形成低熔点磷化物，增加热裂敏感性，而硫则容易在焊接热影响区形成低熔点硫化物而增加热裂敏感性。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫能形成MnS，并且离散地分布在焊缝中。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,S、P的影响 在热影响区中，硫比磷对裂纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶界偏析。焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在0.015%以内。Si的影响 Si是铁素体形成元素，焊缝中wSi4%之后，碳的活动能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，为了提高抗晶间腐蚀能力，必须使焊缝中wC不超过0
7、.02%。Si在18-8钢中有利于促使产生相，可提高抗裂性，可不必过分限制；但在25-20钢中，Si的偏析强烈，易引起热裂。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,铌的影响 铌可与磷、铬及锰一起形成低熔点磷化物，而与硅、铬和锰则可形成低熔点硫化物氧化物杂质。铌在晶粒边界富集，可形成富铌、镍的低熔点相，其结晶温度甚至低于1160。含铌的低熔点相在铁素体和奥氏体中的溶解度不同，从而对热裂影响不同。钛的影响 钛也可以形成低熔点相，如在1340时，焊缝中就可以形成钛碳氮化物的低熔点相。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,钛的影响 含钛低熔点相的形成对抗裂性的影响不如铌的明显，因为钛与氧有强的结和力，因此钛通常不用于焊缝金属的
8、稳定化，而是用于钢的稳定化。钛主要是对母材及热影响区的液化裂纹的形成有影响。碳的影响 碳对于热裂敏感性的影响仅在一次结晶为奥氏体的单相奥氏体化的焊缝金属中，碳对热裂敏感性的影响很复杂，还取决于合金成分。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,硼的影响 硼是对抗热裂性影响最坏的元素。高温时硼在在奥氏体中的溶解度非常低，只有0.005%，硼与铁、镍都能形成低熔点共晶。因此，要限制焊缝中的硼含量。总之，凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起热裂纹的产生。凡可无限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不会引起热裂。奥氏体钢焊缝，提高Ni含量时，热裂倾向会增大；而提高Cr含量，
9、对热裂不发生明显影响。在含Ni量低的奥氏体钢加Cu时，焊缝热裂倾向也会增大。凡促使出现A或AF凝固模式的元素，该元素必会增大焊缝的热裂倾向。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,（四）焊接工艺的影响为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，以致增大偏析程度，应尽量采用小焊接热输入快速焊工艺，而且不应预热，并降低层间温度。不过，为了减小焊接热输入，不应过分增大焊接速度，而应适当降低焊接电流。增大焊接电流，焊接热裂纹的产生倾向也随之增大。过分提高焊接速度，焊接时反而更易产生热裂纹。这是因为随着焊接速度增大，冷却速度也要增大，于是增大了凝固过程的不平衡性，凝固模式将逐次变化为FAAFA，相当于图9-11中A点向右移动，因此热裂倾向增大。,奥氏体钢焊接接头热裂纹,
