钛／钢复合板爆炸焊接后周边端部被撕裂的机理分析

焊接裂纹的分析与处理我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。

我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进展处理。

如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最优的处理方案。

因此必须要对裂纹进展认真的分折。

根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。

也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属外表，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的如此必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的如此是放置或运行一段时间之后才出现。

根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂与应力腐蚀裂纹。

热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。

〔1〕结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。

结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，外表无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。

〔2〕液化裂纹—焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属以与母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹〞也称“热撕裂〞。

液化裂的特征：①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方〔局部溶化区〕，或多层焊缝的层间金属中。

②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间开展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界开展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。

钛合金壳体开裂失效分析钛合金具有比强度高、中温性能好，抗腐蚀性能好等一系列优点。

在室温下，钛合金的比强度高于高强钢和高强铝合金。

同时，钛合金的比持久强度、比蠕变温度和比疲劳强度都明显高于耐热不锈钢。

因此钛合金在航空、航天、化工和船舶等工业部门得到广泛应用，但钛合金及其零部件的失效也不可避免。

对某钛合金壳体进行内腔充液压油的冲击试验，材料为钛合金TC6。

TC6钛合金为马氏体型α+β两相热强钛合金，是目前应用最广泛的Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si系钛合金。

Al在TC6合金中稳定并强化α相；同时加入Mo和Si，增加了β相的数量，有利于热加工和热稳定性的提高；Cr和Fe是β共析元素，通过强化α和β相提高中等温度下的拉伸强度。

当油压为37～39MPa，冲击频率为60次/min，冲击进行41400次后，壳体外表面有液压油喷出。

油料的喷出严重影响生产的正常进行，并带来一定的安全隐患。

为了防止液压油再次喷出，对失效钛合金壳体进行了宏观检查，对裂纹断口进行了宏、微观分析，并对金相组织、硬度等进行了分析，从而得出裂纹形成原因。

钛合金壳体的主要加工制造过程为：原材料（Φ130mm棒材）→超声波探伤→自由锻（942℃）→模锻（942℃）→热处理（等温退火910℃/2h+650℃/2h，空冷）→粗加工→去应力退火（500～550℃，3～5h，空冷）→螺纹部位喷丸→油封库存（F20防锈油）。

钛合金壳体主要试验项目有：常温静压试验（压力42MPa，持续时间2min，共4次）→壳体配套用胶圈密封性能试验（内腔充液压油，125℃/2h+150℃/10min）→冲击试验（试验要求：90℃～125℃，冲击75000次；125～150℃，冲击25000次）。

分析结果表明，钛合金壳体外表面有富氧α层。

漏油部位的穿透性裂纹及其它部位的非穿透性裂纹均从壳体外表面的富氧α层起始。

在裂纹扩展过程中，除富氧α层区域外，裂纹两侧的组织未见明显异常，且裂纹源附近与基体的元素无明显差别；荧光探伤结果表明，除位于减重平台和一加强筋附近的部位出现裂纹外，与漏油裂纹处结构基本相似的另外一个加强筋附近未见裂纹。

以下为焊接裂纹产生原因及防治措施，一起来看看吧。

1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝，它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。

按产生时的温度和时间的不同，裂纹可分为：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。

在焊接生产中，裂纹产生的部位有很多。

有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现；有的产生在焊缝上；有的则产生在热影响区内。

值得注意的是，裂纹有时在焊接过程中产生，有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现，后一种称为延迟裂纹，这种裂纹的危害性更为严重。

2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害大的缺陷，除了降低焊接接头的承载能力，还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中，促使裂缝扩展，最终会导致焊接结构的破坏，使产品报废，甚至会引起严重的事故。

通常，在焊接接头中，裂缝是一种不允许存在的缺陷。

一旦发现即应彻底清除，进行返修焊接。

3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同，下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论。

3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下（从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度）所产生的裂纹，又称高温裂缝或结晶裂缝。

热裂缝通常在焊缝内产生，有时也可能出现在热影响区。

原因：由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。

此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，则在加热温度超过其熔点的热影响区，这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。

总之，热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。

防治措施：防止产生热裂缝的措施，可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。

控制母材及焊材有害元素、杂质含量限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素及有害杂质的含量。

不锈钢复合板筒体出现裂纹的原因及防止措施作者：赵刚来源：《科技创新与应用》2014年第02期摘要：复合板设备成型时有其自身特点，对焊接工艺和坡口形式有特殊要求。

在生产不锈钢复合板筒体的过程中经常会出现裂纹等问题，直接影响到其质量。

文章就针对这方面问题进行阐述，并提出相应的解决措施。

关键词：不锈钢复合板；坡口；过渡层；焊接1 概况因为不锈钢复合板兼有不锈钢的耐蚀性和碳钢的价格及强度优势，随着它的制造技术日渐成熟，在容器器制造中的应用日益广泛。

某容器制造厂，制作了几台主材为16MnR+OCr18Ni9的不锈钢复合板，规格有（25+3）mm，（28+3）mm的压力容器。

在首台压力容器制造中筒节既没有留型遒，也没预压的情况下，筒节纵缝全部焊完后，校圆时发现在焊缝中及热影响区有裂纹出现，裂纹方向沿着焊缝，有的在复层，有的在基层，有的甚至从基层裂到复层。

为此技术人员分析原因，制定处理措施。

2 原因分析筒节发生裂纹后，查看了原材料，基层、复层及复合板的化学成分，机械性能都符合相关标准要求。

由于裂纹出现在筒节校圆后的焊缝和焊缝的热影响区，故从以下方面进行分析。

2.1 16MnR和OCrI 8Ni9是两种不同的材质，其化学成分、物理性能及晶体组织存在很大差异，导致在焊接中容易出现以下问题。

2.1.1 16MnR和OCrl 8Ni9在焊接过程中稀释作用强烈，使过渡层、复层焊缝中含碳量增多，增大了结晶裂纹倾向；焊接熔合区则可能出现马氏体组织而导致硬度和脆性增加；同时由于基层与复层的含铬量差别较大，促使碳向复层迁移扩散，在其交界处的焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，即在基层侧（16MnR）形成脱碳层，而在复层侧（OCrI 8Ni9形成增碳层，两侧性能相差悬殊，这一过渡层的存在往往使塑性性能局部恶化，该过度层导致筒节在校圆承受压应力时容易出现裂纹。

2.1.2 由于复层和基层材料的导热系数和线膨胀系数相差较大，不锈钢的导热系数约为碳钢的1I3，线膨胀系数是碳钢的1.5倍，随着温度的升高，膨胀的差值也相应地增加。