30CrMnSi钢TIG焊冷裂纹形成机制
2021-07-14 16:51
admin
30CrMnSi属于中碳调质钢,焊接接头极容易出现热裂纹或冷裂纹，严重影响接头强度、韧性等综合力学性能.其中焊接冷裂纹问题尤为突出.
常常被称为氢致裂纹的冷裂纹其产生依赖于以下四个要素的共同作用，即焊缝金属中的氢、髙的应力、淬硬组织（常常指马氏体组织)和比较低的温度 (一般在-100℃~200℃ ).所以可从影响冷裂四个要素中的淬硬组织、氢、应力及温度角度出发来控制焊接冷裂的产生.焊接冷裂纹一般出现于焊趾、焊根附近及焊道下热影响区，然而在有些情况下,也会产生焊缝中心的纵向焊接冷裂纹,关于这类裂纹研究者一般也以影响氢致裂纹的要素来进行分析解释冷裂纹产生的原因.但也有学者认为焊接熔池在凝固期间的成分偏析等冶金因素也可能成为冷裂纹出现的诱因.
由于30CrMnSi钢易出现焊接热裂纹及冷裂纹，对30CrMnSi钢GTAW焊接裂纹行为进行研究，探讨其冷裂纹形成机理，及热裂纹倾向对冷裂纹的影响.
试验材料及焊接工艺
试验采用中碳调质钢30CrMnSi.试件尺寸为100 mm X50 mm x 3 mm.试板对接，焊前试件表面用砂纸打磨，要求打磨后不允许有明显的划痕，并用丙酮清洗.为了模拟工程实际焊件承受高拘束力状态,试验采用焊接夹具来增加试件的拘束，其中夹具对试件的拘束示意及外观见,夹具主要由底座、上盖板和铜衬垫组成，底座与盖板之间采用沟槽纹路，试件在焊接加热与冷却过程中始终承受较高的拘束状态.采用两边点固再施焊,两端点固10 mm左右，再焊中间位置形成平直焊缝，主要是进一步增大薄板的约束度,易于冷裂纹的出现.焊接工艺参数为：焊接速度《 = 185 mm/min,焊接电流/ = 195 A,保护气体（氩气）流量 =13 L/min.
为保证每组试件所受的拘束相同，使用扭矩扳手拧紧间定压板和底板的螺栓，每个螺栓拧紧力矩为60N/m.焊接完成后将试件保持在夹具上并定期检查，当出现贯穿裂纹时即可将试件从焊接夹具上卸除,最民的保持时间为48 h.如果试件48 h之 内产生了裂纹,将试件从夹具上取下,观察裂纹的形态和分布特征；如在两天后仍未产生裂纹,则视为该 组试件不产生冷裂纹.
试验结果
发现对于存在裂纹的试样，裂纹发生于焊缝中，为沿焊缝方向贯穿裂纹，具体裂纹统计见.可看出5个试样中的4个观察到了明显的裂纹.另外这些裂纹的出现带有明显的延迟性,所有出现的裂纹的试件其裂纹均在焊接完成2h之后出现.由于这种的裂纹的延迟性，可以判断这种裂纹为冷裂纹.4号试样没有出现了裂纹,后续的检查发现是由于夹具有一侧的上盖板施加的螺栓 拧紧力矩未达到要求.
将以上产生冷裂的试件,切去两端点固的焊缝及多余的母材金属,制成断口试件，用扫描电子显微 镜观察裂纹处的断U形貌特征,从断口形态入手，研 究焊接裂纹出现的原因.为引弧位置的裂纹断口形貌，可以看出其断口为混合型断口，即其中既包含明显的热裂纹特征的具有枝晶形貌的断口（其中还会发现 一些微裂纹），同时又具有一定的冷裂纹特征断口， 即沿晶断裂的特征.从而可以判断出在焊接完成时刻,在焊接起弧端和收弧端出现的裂纹为热裂纹，而后续的保持过程中出现的贯穿裂纹则为冷裂纹焊缝的中间段，在焊接冷却到室温时没有明显的焊接裂纹出现,但是在后续的冷却过程中出现了贯穿的裂纹,为这种焊接裂纹的断口形貌，可以看出断口此处为典型的穿晶断裂，具有准解理小平面，是应力作用下开始的低塑性断裂.同时也发现了一些冰糖状沿晶断裂的形貌.总体而言属于混合型断裂形貌.
在高拘束度条件下，30CrMnSi钢在焊接时极易出现热裂纹及冷裂纹，焊缝裂纹断口特征往往表现为热裂纹与冷裂纹的混合断口.在拘束度比较低的情况下，30CrMriSi钢在焊接时一般不出现冷裂纹，但焊缝金属中存在由于成分偏析等导致的微热裂纹.
30CrMnSi钢表面热裂纹及微热裂纹可以作为冷裂纹的裂纹源而增加焊接冷裂纹的倾向
常常被称为氢致裂纹的冷裂纹其产生依赖于以下四个要素的共同作用，即焊缝金属中的氢、髙的应力、淬硬组织（常常指马氏体组织)和比较低的温度 (一般在-100℃~200℃ ).所以可从影响冷裂四个要素中的淬硬组织、氢、应力及温度角度出发来控制焊接冷裂的产生.焊接冷裂纹一般出现于焊趾、焊根附近及焊道下热影响区，然而在有些情况下,也会产生焊缝中心的纵向焊接冷裂纹,关于这类裂纹研究者一般也以影响氢致裂纹的要素来进行分析解释冷裂纹产生的原因.但也有学者认为焊接熔池在凝固期间的成分偏析等冶金因素也可能成为冷裂纹出现的诱因.
试验材料及焊接工艺
试验采用中碳调质钢30CrMnSi.试件尺寸为100 mm X50 mm x 3 mm.试板对接，焊前试件表面用砂纸打磨，要求打磨后不允许有明显的划痕，并用丙酮清洗.为了模拟工程实际焊件承受高拘束力状态,试验采用焊接夹具来增加试件的拘束，其中夹具对试件的拘束示意及外观见,夹具主要由底座、上盖板和铜衬垫组成，底座与盖板之间采用沟槽纹路，试件在焊接加热与冷却过程中始终承受较高的拘束状态.采用两边点固再施焊,两端点固10 mm左右，再焊中间位置形成平直焊缝，主要是进一步增大薄板的约束度,易于冷裂纹的出现.焊接工艺参数为：焊接速度《 = 185 mm/min,焊接电流/ = 195 A,保护气体（氩气）流量 =13 L/min.
为保证每组试件所受的拘束相同，使用扭矩扳手拧紧间定压板和底板的螺栓，每个螺栓拧紧力矩为60N/m.焊接完成后将试件保持在夹具上并定期检查，当出现贯穿裂纹时即可将试件从焊接夹具上卸除,最民的保持时间为48 h.如果试件48 h之 内产生了裂纹,将试件从夹具上取下,观察裂纹的形态和分布特征；如在两天后仍未产生裂纹,则视为该 组试件不产生冷裂纹.
试验结果
发现对于存在裂纹的试样，裂纹发生于焊缝中，为沿焊缝方向贯穿裂纹，具体裂纹统计见.可看出5个试样中的4个观察到了明显的裂纹.另外这些裂纹的出现带有明显的延迟性,所有出现的裂纹的试件其裂纹均在焊接完成2h之后出现.由于这种的裂纹的延迟性，可以判断这种裂纹为冷裂纹.4号试样没有出现了裂纹,后续的检查发现是由于夹具有一侧的上盖板施加的螺栓 拧紧力矩未达到要求.
将以上产生冷裂的试件,切去两端点固的焊缝及多余的母材金属,制成断口试件，用扫描电子显微 镜观察裂纹处的断U形貌特征,从断口形态入手，研 究焊接裂纹出现的原因.为引弧位置的裂纹断口形貌，可以看出其断口为混合型断口，即其中既包含明显的热裂纹特征的具有枝晶形貌的断口（其中还会发现 一些微裂纹），同时又具有一定的冷裂纹特征断口， 即沿晶断裂的特征.从而可以判断出在焊接完成时刻,在焊接起弧端和收弧端出现的裂纹为热裂纹，而后续的保持过程中出现的贯穿裂纹则为冷裂纹焊缝的中间段，在焊接冷却到室温时没有明显的焊接裂纹出现,但是在后续的冷却过程中出现了贯穿的裂纹,为这种焊接裂纹的断口形貌，可以看出断口此处为典型的穿晶断裂，具有准解理小平面，是应力作用下开始的低塑性断裂.同时也发现了一些冰糖状沿晶断裂的形貌.总体而言属于混合型断裂形貌.
在高拘束度条件下，30CrMnSi钢在焊接时极易出现热裂纹及冷裂纹，焊缝裂纹断口特征往往表现为热裂纹与冷裂纹的混合断口.在拘束度比较低的情况下，30CrMriSi钢在焊接时一般不出现冷裂纹，但焊缝金属中存在由于成分偏析等导致的微热裂纹.
30CrMnSi钢表面热裂纹及微热裂纹可以作为冷裂纹的裂纹源而增加焊接冷裂纹的倾向
