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厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因

发布时间:2022-04-12 点击次数:677

厚壁不锈钢管应用在化工行业,对不锈钢的性能要求比较高,在使用时发现焊缝出现裂纹,这是厂家在加工过程中经验不足和操作不当造成的。本文讲解厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因。

厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因.png 

裂纹分为冷裂纹、热裂纹和再热裂纹这三种,冷裂纹是指焊接接头冷却到较低温度下产生的裂纹。热裂纹是指在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间所产生的焊接裂纹。再热裂纹是指焊后,不锈钢焊管在一定温度范围内再次进行加热(消除应力热处理或其他加热过程)而产生的裂纹。不同裂纹产生的原因不同,先了解一下热裂纹产生的原因。


材料中含有过多的合金元素时,焊接时易形成方向性很强的粗大柱状晶组织,同时增大了液固相线的间距。奥氏体不锈钢焊缝结晶时,液、固相线的区间较大,结晶时间较长,且奥氏体结晶的枝晶方向性强,所以杂质偏析现象比较严重,并在晶界积聚厚壁不锈钢管中的合金元素成分会在熔池中形成低熔点共晶,在凝固结晶后期以液态薄膜形式存在于奥氏体柱状结晶之间,割裂了晶粒之间的联系。在冷却收缩所引起的拉应力作用下,这些远比晶粒脆弱的液态薄膜承受不了这种拉应力,就在晶粒边界处分离形成结晶裂纹,即热裂纹。

厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因.png 

对奥氏体不锈钢来说,影响热裂纹的主要影响元素为硫、磷。


硫:硫是易偏析的元素之一,硫在δ相中的溶解度为0.18%,在γ相中的溶解度为0.05%,在常温的γ相中的溶解度仅为0.01%,超出溶解度的硫将析出Fe与FeS的低熔点共晶体(熔点为988℃),它远低于奥氏体相的熔解温度(1300~1360℃),比铁的熔点(1534℃)更低。另外,硫与镍形成Ni3S2,其熔点为645℃。这些物质在敏感温度区间极易偏析,是厚壁不锈钢管焊缝产生热裂纹的主要原因之一。


磷:也是易偏析的元素之一,磷在δ相中的溶解度为2.8%,在γ相中的溶解度为0.25%,在常温的γ相中的溶解度仅为0.025%。磷溶于奥氏体中,由于其原子直径比铁大很多,造成奥氏体晶格畸变严重,使塑性和韧性大大降低,脆性增大,同时,超出溶解度的磷将析出形成铁与磷化铁(熔点为1100℃)的低熔点共晶体。


另外,磷与镍形成Ni3P,其熔点为880℃。不同的是,磷的低熔点共晶物呈膜状(硫的低熔点共晶物往往为球状),膜状的低熔点共晶物更容易引起热裂纹。另一方面,硫的有害性可以通过在金属中添加锰元素来改善,而锰对磷的有害性却不起作用。因此,虽然磷在厚壁不锈钢管的溶解度比硫高,但对焊接热裂纹的产生更敏感。

厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因.png 

厚壁不锈钢管焊缝裂纹产生原因,由于硫、磷等有害元素具有严重偏析倾向,在进行多层多道焊时,硫、磷等有害元素向每一道的焊缝表面富集,并熔入到下一层焊道中,继续进行富集,随着焊接过程的进行,硫、磷等有害元素富集在焊缝的表面,形成整个焊缝内部硫、磷等有害元素含量低,焊缝表面含量高的情况,在焊缝表面严重增加了裂纹倾向,在固定焊道拘束应力的作用下,造成了厚壁不锈钢管裂纹的出现。

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