基于微观组织的镍基合金焊接热裂纹判据

概述了镍基合金焊接热裂纹(结晶裂纹、高温失塑裂纹)的评价方法、产生原因和防止措施，结合核用690合金焊接材料的特点，采用大厚度裂纹试验方法研究了Laves相、MC和M₂(C,N)碳化物、MN氮化物对焊缝结晶裂纹、高温失塑裂纹的影响，提出了基于微观组织的镍基合金热裂纹判据，防止结晶裂纹判据为Laves相含量不大于0.9%(体积分数)，防止高温失塑裂纹判据为MC+MN+M₂(C,N)含量不小于0.18%，在此基础上，研制出新型690合金焊接材料—WHS693M焊丝。结果表明，焊丝抗裂性优良，熔敷金属力学性能满足三代核电主设备制造技术要求。     

Inconel 740H焊丝熔敷金属高温失塑裂纹敏感性研究

Inconel 740高温合金具有良好的高温力学性能以及优异的抗腐蚀能力,常用于核电设备的关键部位焊接,但在高温下易产生高温失塑裂纹(DDC)。本次通过应变-裂纹(STF)试验测定Inconel 740H焊丝所焊焊缝熔敷金属产生高温失塑裂纹的敏感温度区间,并通过观察金相组织、裂纹形貌及断口形貌研究高温失塑裂纹的机理。     

焊接工艺对690镍基合金焊丝熔敷金属高温失塑裂纹敏感性影响研究

针对690镍基合金熔敷金属高温失塑裂纹敏感性问题,采用基于Gleeble-3500热力耦合试验机的STF试验,开展焊接工艺对国产化690镍基合金焊丝WHS690M熔敷金属高温失塑裂纹敏感性的影响研究,并与进口Inconel 52M焊丝试验结果进行对比分析。试验表明,熔敷金属高温失塑裂纹最小临界应变出现在1 050℃附近,焊接热输入对最小临界应变影响较小,相比于大面积堆焊熔敷层,对接焊缝熔敷金属临界应变降低,高温失塑裂纹敏感性提高。     

19Mn5、BHW-35、14MnMoV、20g锅炉压力容器用钢高温裂纹敏感性的定量研究(二)

试验结果及分析 1.不同钢种高温裂纹敏感性试验 (1)结晶裂纹图7为横向可调拘束试验法直接测得之最大结晶裂纹长度Lmax随外加应变量变化之规律。由最大裂纹长度和测得之焊缝中心的温度分布曲线得出了各钢种的BTR和凝固塑性曲线(图8),以及由此求出的CST值(图9,表2)。并同时列出能反映结晶裂纹敏感性的参数BTR和ε_(min)。如前所述,用CST作为评定材料结晶裂纹敏感性的指标,CST值越大,裂纹敏感性越小。因此,上述各钢种结晶裂纹敏感性由大到小排列次序为:A3→19Mn5→16Mr.→BHW-35→14MnMoV。     

镍基焊接材料高温失塑裂纹的研究现状及研究趋势

高温失塑裂纹DDC(Ductility Dip Cracking)是一种出现在奥氏体不锈钢、镍基合金、铜基合金和钛合金等许多工程材料中的显微裂纹。简单介绍了高温失塑裂纹的发展过程，重点论述了镍基焊材中该裂纹的试验方法和产生机理，简要分析了评价该裂纹的试验方法的优劣，并对其防止措施做了简单的介绍，最后对该裂纹的研究趋势做了展望。     

ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢的烧损研究

采用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高温显微镜原位观察等实验手段,分析了ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢烧损原因。结果表明,随着温度升高,奥氏体晶粒不断长大,碳化物Cr23C6不断形成和长大,碳化物中的Cr含量和碳化物硬度不断增加,奥氏体基体中的Cr含量不断减少。温度过高,碳化物溶解,形成孔洞,促进微裂纹沿晶界的扩展,奥氏体晶粒间的结合力逐渐减弱,基体发生过烧,钢的结晶组织遭到破坏,失去金属原有的塑性和强度,造成高温耐热管失效,孔洞和微裂纹的形成及扩展是材料失效的主要原因。此外,高温显微镜原位观察和热处理实验结果表明,ZG40Cr25Ni20耐热钢中碳化物的溶解温度为1030~1250℃。高温显微镜原位观察为碳化物溶解观察和耐热钢失效分析提供了一种新的方法。     

690镍基合金焊缝失塑裂纹产生的力学机制

为了从力学角度理解镍基合金焊丝ERNiCrFe-7和ERNiCr-4焊缝失塑裂纹的产生机制，在Thermorestor-W型模拟试验机上进行高温拉伸试验，提出新的裂纹敏感性判据——临界应力. 并与产生裂纹的临界应变相结合来评价不同温度下材料的裂纹敏感性. 结果表明，裂纹扩展的方向与加载方向大约呈90°夹角；当变形温度低于950 ℃时，临界应力随变形温度的升高而快速下降；两种材料产生裂纹最敏感的温度区间是950～1 150 ℃；与ERNiCr-4相比，ERNiCrFe-7产生裂纹的临界应力更小. 分析认为，流变应力是产生裂纹的主要因素，当流变应力超过临界应力时，容易产生沿晶裂纹.     

稳定化热处理对厚壁TP347钢管焊接接头组织和性能的影响

对焊后进行稳定化热处理和保持焊态的厚壁TP347钢管焊接接头开展了拉伸试验、弯曲试验、冲击试验以及耐晶间腐蚀等试验。结果表明,焊后进行稳定化热处理的厚壁TP347钢管焊接接头塑性、韧性以及耐腐蚀性均出现了下降,焊缝因产生失塑性损伤,导致了再热开裂;进一步采用光学显微镜、扫描电镜以及能谱分析等微观表征技术,分析了再热裂纹形核和扩展。厚壁TP347钢管焊接接头进行稳定化热处理过程中,较大焊接残余应力缓慢释放,在高温和应力共同作用下,晶界析出较多铬和铌的碳化物、氮化物以及氧化物,再热裂纹在较多析出物与基体交界处形核（孔洞）,在剩余残余应力作用下孔洞合并引起裂纹沿晶界扩展。通过试验发现采用稳定化热处理提高厚壁TP347钢管焊接接头耐腐蚀性并不理想,在较大残余应力和高温作用下很容易引起焊接接头的失效性损伤。     

镍基材料焊接中高温失塑裂纹DDC的生成机理及研究进展

综述了镍基高温合金焊接中高温失塑裂纹(DDC)的生成及最新研究进展,讨论了镍基高温合金焊接过程中评价DDC的几种主要试验方法并着重对最适合于DDC敏感性研究的STF试验进行了详细的叙述,同时综述了高温失塑裂纹的生成机理,影响高温失塑裂纹的因素以及降低DDC敏感性的一些措施。通过综述结果表明降低DDC敏感性的主要措施是采用合适的合金体系和配合合适的焊接工艺。通过合适的合金体系来控制晶界形貌,即一些特定的元素和C形成MC类碳化物并以析出物的形式均匀分布在晶界区域内,它们会有效钉扎晶界使晶界变得更加曲折,阻碍晶界的滑移以及晶粒的长大。使用使合金组织晶粒细化的焊接工艺以及相应后续处理使合金拥有很好的抗高温失塑裂纹的性能。     

铸钢桥壳焊缝裂纹分析

铸钢桥壳焊缝断裂是由于在焊接过程中产生热裂纹而导致的.焊缝金属在结晶过程中,由于母材S,P等非金属元素的含量偏高,与Fe形成低熔点的共晶化合物或液态薄膜.结晶时残余的液相不足,致使沿晶界开裂,焯缝中心出现裂纹.桥壳受外力的影响,造成断裂.     

锅炉、压力容器手工电弧焊实用技术讲座(十二)——焊接缺陷

1.焊接缺陷的种类,产生原因和预防措施 (1) 裂纹①热裂纹热裂纹一般是指高温下(从凝固温度范围附近至A_3以上温度)产生的裂纹,又称高温裂纹。热裂纹包括结晶裂纹和热影响区液化裂纹等。热裂纹的形态和特征:热裂纹发生在焊缝中有纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹和弧坑裂纹等。热影响区中的热裂纹有纵向和横向裂纹,但都沿着晶界发生。热裂纹的微观特征一般是沿晶界开裂,故又称晶间裂纹。热裂纹产生的原因:由于焊接熔池在结晶过程中存在着低熔点共晶和杂质,它们在结晶过程中以液态间层存在,由于熔点低,     

中间层对K465高温合金电子束焊接裂纹敏感性及接头性能的影响

通过调节焊接热输入和添加中间层合金等方法研究高Al、Ti含量的K465铸造高温合金的电子束焊接裂纹敏感性.结果表明,减小焊接热输入和添加低Al、Ti含量的中间层能够改善合金的热裂纹倾向;焊缝及热影响区沿晶界析出的碳化物等低熔点液体薄膜受应力作用是产生热裂纹的主要原因.含Fe的中间层重新合金化焊缝金属,改善了焊缝组织的塑性、韧性,破坏了碳化物等低熔点相的连续性,避免焊缝凝固裂纹的产生;接头具有优异的室温及高温拉伸性能,但高温持久性能不足.     

晶粒尺度对镍基高温合金的高温失塑裂纹敏感性的影响

镍基高温合金FM-52M是被广泛应用于核电关键部件焊接结构的熔敷金属。但在厚壁管道焊接中,FM-52M的窄间隙填充焊缝具有明显的高温失塑裂纹(DDC)倾向。由于该类热裂纹缺陷的存在,将导致关键部件的焊接结构在核电严苛环境中服役时出现极大的安全隐患。目前在压力容器安全端等厚壁管道焊接制造中,仍无法完全避免该缺陷。针对该问题,提出了采用脉冲TIG焊细化FM-52M的焊缝微观结构改善材料的高温力学性能。通过基于Gleeble技术的单向拉伸试验(STF试验)对FM-52M填充焊缝的DDC裂纹敏感性进行评估,结果证实细化的微观组织提高了DDC裂纹的临界应变,增加了该熔敷金属的抗DDC性能。     

X90预精焊螺旋缝埋弧焊管冷裂纹形貌及成因分析

研究X90螺旋缝埋弧焊管预精焊试制中产生的焊接裂纹形貌,并分析裂纹形成原因。结果表明:X90螺旋缝埋弧焊管内焊缝上的横向裂纹为延迟冷裂纹,裂纹在焊缝组织中以穿晶和沿晶界并存的形式扩展。该冷裂纹产生的原因是:X90钢含有较多的Mn、Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素,强度高,导致内焊缝的焊接残余应力高于裂纹的临界应力,且焊缝两侧的硬度分布极不对称,造成内焊道附近的应力集中和分布不平衡;内外焊缝重合区域的扩散氢不易逸出且其含量较高,在气孔、夹渣等处聚集,导致裂纹产生并在断口上形成大量的氢白点;焊缝一次结晶所形成的树枝晶晶界为裂纹扩展提供了"通道"。     

药芯焊丝陶瓷衬垫打底焊裂纹产生原因分析

文中以3种药芯焊丝为对象,研究了陶瓷衬垫打底焊过程中裂纹产生的类型,并对产生原因进行了分析。结果表明,该裂纹出现在打底层焊缝的上表面,为结晶裂纹;存在裂纹的焊缝横截面上金相组织方向性明显,朝向焊缝中心生长,为粗大的柱状晶;C,S, B等元素在焊缝中是裂纹敏感元素,含量过高会产生结晶裂纹。     

硅含量对铝硅热浸镀层耐高温氧化性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了镀层加热过程中的组织变化及镀层的高温氧化性能,并对铝硅镀层的氧化机理进行了分析。结果表明,引起热浸镀铝(铝硅)镀层失效的主要原因是镀层中小孔的形成和生长,小孔形成于与基体接触的最内层合金层之间,随着加热时间的增长,小孔慢慢聚集成孔群,进而形成大的孔洞;镀层高温氧化失效的直接原因是孔洞导致合金层产生微裂纹,氧气通过微裂纹贯穿合金层,使镀层丧失保护作用从而失效;在850℃下,随着硅含量增高,合金层厚度变薄,更容易在合金层中产生微裂纹,抗高温氧化能力减弱。     

高锰钢连铸坯纵向开裂原因分析

Mn13高锰钢连铸坯有纵向裂纹。采用扫描电镜、高温拉伸试验和高温激光共聚焦显微镜、电子探针分析等检测了裂纹的形貌、Mn13钢的高温力学性能以及Mn13钢凝固过程中的组织演变。试验结果表明:纵向裂纹深度达40 mm,裂纹附近无保护渣卷入; Mn13钢在1 200℃以下温度的塑性较差,较易开裂。在1 200℃左右Mn13钢奥氏体晶界开始析出碳化物,进一步增大了铸坯的开裂倾向;由于结晶器内保护渣熔化不均匀,导致凝固坯壳厚度不均匀,从而使铸坯产生凹陷和纵向裂纹。提高凝固坯壳厚度和结晶器热流的均匀性是避免Mn13钢连铸坯纵向开裂的重要途径。     

基于CEL方法搅拌摩擦焊材料流动及缺陷的模拟

基于欧拉-拉格朗日耦合(CEL)方法,建立一个新的搅拌摩擦焊多场耦合计算模型,模拟焊接过程中焊缝区材料的塑性流动与缺陷形成,并通过开展搅拌摩擦焊试验,分别从温度场、焊缝宏观形貌、焊缝截面塑性应变及焊接缺陷几方面对模拟结果的准确性进行验证。结果表明:模拟温度与实测数据吻合较好,最大误差为23.4℃;焊缝宏观形貌、焊缝截面塑性应变区的形状和尺寸均与实际焊缝吻合较好;模型能够较准确地预测焊缝内部孔洞缺陷的形成,且缺陷产生的位置与实际位置相吻合,缺陷尺寸的模拟值略大于其实测值。     

GH99镍基合金焊接热裂纹的动态过程研究

本文利用高温金相显微镜直接观察GH99镍基高温合金钨极氩弧焊焊缝和热影响区在1200℃和一定应力、应变条件下的组织变化和热裂纹的起始、扩展、断裂的动态过程,研究合金的化学成分、组织及所受应力、应变对焊接热裂纹(结晶裂纹和液化裂纹)的影响。研究结果表明,影响热裂纹的主要因素是合金的化学成分,尤其是Al、Ti含量及Al/Ti(含量)比值,应力和应变也有一定的影响。化学成分决定了合金的零塑性温度,零塑性温度较高的合金的热裂纹倾向小,低者热裂纹倾向大。     

紫铜厚大结构件钨极氩弧焊热裂纹形成机理

对紫铜厚大结构件钨极氩弧焊(GTAW)热裂纹形成机理进行了研究.对热裂纹的动态形成过程进行观察和分析,在普罗霍罗夫理论基础上优化了热裂纹形成判据,并建立了基于刚性拘束热裂纹试验的紫铜厚板GTAW有限元模型.结果表明,内部变形率Δε是促使开裂的内因,得到HS201焊缝金属在脆性温度区间内(BTR)的横向拉伸应力及Δε的变化规律,并与其高温延性进行对比,得到不预热工艺下热裂纹产生的原因.为了防止热裂纹的出现,模拟并分析了不同预热温度下HS201焊缝金属的Δε的变化规律,预热温度由500℃降为420℃即可避免热裂纹出现.