氢脆裂
发布时间:2017-05-22
这是冷裂的一种类型,也可叫作氢致裂纹。
氢脆裂的发生是由于室温下的低合金钢,C-Mn钢在焊接中的冶金问题所导致的。
钢材中存在的氢,微观结构的脆裂,以及存在的应力,都会发生氢脆裂。

氢脆裂现象:

在钢材的焊接过程中,氢溶解在焊道熔池中。

熔融钢有着很高的氢溶解性。当液态钢材的固化,氢的溶解度会下降,并且随钢材的冷却而急速降低。

均衡溶解性取决于熔化钢上的集中或部分压力。

钢材中氢溶解扩散有着不同的比率,随着温度不同而有不同的速率。

扩散氢聚集并变成氢气。

钢材中的扩散氢从60500℃之间持续。随着温度的升高,扩散速率也增高。

这种氢以非常慢的速度在钢材结晶格之间移动并或在错位界面间。

由于氢和原子结晶格子有关,因而允许塑性变形。发生脆裂。

扩散氢也可从冷却钢材中逸出。

由于氢的缓慢运动,氢需要时间来扩散到高应力集中区域,并且当脆裂缓当钢材中存在着塑变和脆裂结构及应力,那个区域就产生氢压,并且慢增长时移动到裂纹处。

此种类型的脆裂发生在热影响区或是焊道金属内或两者皆有。

简言之,发生氢脆裂的三种必要因素如下:

1. 存在的过饱和的氢含量。

2. 抗拉应力值。

3. 焊件中的焊道金属的断裂韧性。

提高冷裂的因素:

1. 接头拘束和高的热循环程度。

2. 焊道金属中的氢。

3. 杂质的存在。

4. 热影响区的脆裂是由于低合金钢。

5. 焊道截面不足。

焊接过程中的氢吸收

焊接过程中,金属是受制于快速加热和冷却的,因此被熔敷金属吸收的氢只有极少的时间扩散出去。

许多因素影响了焊接过程中氢的吸收量,如下所示:

1. 焊接材料

2. 焊接方法

1. 焊接程序

会导进焊道金属中的氢来源

1. 焊条涂层内的水分或是焊剂中的水分。

2. 由于生锈,污物,表面油漆而使母材中产生水分。

3. 母材接头区域的污染,像尘土,油脂,水份。

4. 外部大气。

为了防止氢脆裂,可在焊接区域内进行行预热和加热后处理。

焊后热处理

介绍:

为了移除由于焊接,滚轧,机加工而产生的残余应力,完成焊接后进行焊后热处理。

因此移除这种类型的残余应力,要进行焊后热处理。

丙烷,天然气或是电加热可以为焊后热处理提供能量。可局部应用热量/焊道成分可完全在炉内形成。

用于制造业的典型焊后热处理为:

1. 应力释放

2. 回火

3. 淬火

4. 硬化

5. 正常化

焊后热处理的目的:

为了消除在焊接,滚轧,机加工等过程中的内在应力。

为了改善材料的机械性能。

为了改变材料的晶粒尺寸。

适用代码规范:

选择焊后热处理的厚度温度范围和时间所适用的代码为ASMESECVIIIDIV-I

UCS-56,用于碳和低合金钢。

UHA-32,用于高合金钢。

UNF-56,用于非铁素体金属。

UCL-34,用于有敷面夹层的容器。

在下列条件下的焊后热处理是强制性的:

1) 对于焊件的公称厚度超过1.5 in的。

2) 对于厚度超过1.25的焊件,除非在焊接中,至少预热温度是以200F的那些焊件。

预热

定义:

预热是指在开始焊接前就要立即加热焊接区域的母材。

一般来讲,当有必要达到热影响区或焊道内的某种特定程度的韧性或强度时,就需要一种最大的预热温度,这种最大值也可能要求局部预热。

预热的要件

1. 预热的使用降低了焊道金属和热影响区内的冷却速率。这些导致了更韧的冶金结构,那会减少冷裂的机会。

1. 较慢的冷却速率会使氢在不引起冷裂的情况下无害扩散。

2. 预热会减少焊道和相邻母材的收缩应力。

3. 预热可以使一些钢材高于那个在焊接中可能会发生脆裂的温度。

4. 它可以减少焊接所要求的电流。

5. 提高熔透。

影响选择预热温度的因素:

1. 材料的类型

2. 材料的化学成分

3. 材料的碳当量

4. 破断抗拉强度(UTS/机械性能

5. 被焊母材的厚度

6. 拘束条件

用于找到铁素体钢预热温度的经验公式:

为了计算低合金钢和碳锰钢的预热温度,可使用以下的公式:

预热温度(T=350CE(1+0.5t)-0.25, t=母材厚度

CE=%C+%Mn+%Cr+%Mo+%V]+[%Ni+%Cu]

预热材料的宽度是中心线两侧板厚的3倍,但要保证最小宽度为120mm。

 

 

 

根据ASME SEC VIII DIV-I 附件,推荐使用下列预热温度:

材料

预热温度

1P.No.1 Gr.No.1,2,3

175(79),用于超过0.30%的特定厚度,接头超过25mm,都有着最大碳含量的材料。

5010℃)用于所有在这个P号码下的其他材料

2P.No.3 Gr.No.1,2,3

175(79),用于一种要么超过70,000psi的抗拉强度,要么是接头厚度超过16mm

5079℃)用于所有在这个P号码下的其他材料

3P.No.4 Gr.No.1,2,3

250℉(121℃),用于一种特定的最小抗拉强度为60,000psi(410Mpa)的材料或是一种接头厚度超过13mm的材料

4P.No.5A&5B Gr.No.1

400℉(204℃),用于一种超过60,000psi(410Mpa)的特定的最小抗拉强度,有着高于60%的特定的最小铬含量和接头厚度超过1/2in(13mm)

300℉(149℃),用于所有在这个P号码下的其他材料

5PNo.6

400℉(204℃)

6. P.No.9

250℉(121℃),用于P.No.9A Gr.1

300℉

7. P.No.10

175(79)用于P.No.9A Gr.1

250℉(121℃)用于P.No.10B Gr.2

175(79)用于P.No.10A Gr.3

250℉(121℃)用于P.No.10F Gr.6

 

对于P.No.10D Gr.No.-4P.No.10E Gr.No.-5材料,在300149)内。

道间温度维持在350℉和450℉(177℃和232℃)之间。

 

 

后热

定义:

后热是焊后立即进行的一种加热。

为了提高焊件中扩散氢的比率,焊后或冷却前立即对焊件进行的加热,以维持道间温度,使其升高到相同的较高值(低于任何一个焊后热处理的温度)。

当我们进行后热处理时,焊道金属冷却有一个相对缓慢的冷却速率,其可提供以下有益的影响:

1. 降低硬化组织形成的敏感性。

2. 将溶解在焊道金属中的氢扩散。

特别是在焊接极高的硬化钢材,低合金钢时,要求使用焊道金属的后热处理,从而来减少冷却速率和阻止冷裂。

其目的在于影响氢从接头中的扩散,并且减少开裂形成的敏感性。

此方法应用于较高强度的碳锰钢和低合金钢,在那些钢材中,氢致裂纹的风险更高些。

 

 


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