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60℃到500℃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：

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。