Question

热裂纹产生的原因及防治方法

Answer 1

热裂纹

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产生的焊接裂纹。

1)热裂纹的形成

在焊缝金属中的热裂纹也称为凝固裂纹。由于被焊接的材料大多都是合金，而合金凝固自开始到最终结束，是在一定的温度区间内进行的，,这是热裂纹产生关系到的基本原因。焊缝金属中的许多杂质的凝固温度都低于焊缝金属的凝固温度，这样首先凝固的焊缝金属把低熔点的杂质推挤到凝固结晶的晶粒边界，形成了一层液体薄膜，又因为焊接时熔池的冷却速度很大,焊缝金属在冷却的过程中发生收缩，使焊缝金属内产生拉应力,拉应力把凝固的焊缝金属沿晶粒边界拉开，又没有足够的液体金属补充时，就会形成微小的裂纹，随着温度的继续下降，拉应力增大，裂纹不断扩大，这就是凝固裂纹。

当焊缝金属中含有较多的低熔点杂质时,焊缝金属极易产生凝固裂纹,母材和焊接材料中含有害杂质,特别是硫。硫在钢中与铁化合形成硫化亚铁(FeS)，硫化亚铁义与铁发牛反应形成一种共晶物质，凝固温度为988°远低丁钢铁的凝固温度，所以硫足引起钢材焊缝金属中发生凝固裂纹的最主要的元素。另外，钢材中含碳量较高时，有利于硫在晶界处富集,因而也是促进形成凝固裂纹的原因，所以采用含碳量低的焊接材料有利于防止凝固裂纹的产生。

在热影响区熔合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或称热撕裂。多层焊时,前一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区，所以液化裂纹也可能在焊缝层间的融化线附近产生。液化裂纹产生的原因基本与凝固裂纹相似。这种裂纹可以成为冷裂纹的裂纹源，所以危害也很大。

热裂纹显著的特征是断面呈蓝黑色，即金属中高温被氧化的颜色。 有的在热裂纹中由流入熔渣的痕迹。再者，孤坑裂纹多为热裂纹。

防止热裂纹产生的措施

①锰具有脱硫作用 母材和烬接材料若含碗量及含碳量高，而含锰量不足时，易产生热裂纹。一般要求母材、焊条、焊丝的含硫量不应超过0.04% 。低碳钢和低合金网用焊条和焊丝,含碳量一般不应超过0.12%。焊条电弧焊时，正确选用焊条的型号，使用合格、优质的电焊条是防止热裂纹产生的重要措施。

②对铡性大的焊件，因焊接时立生的变形小,结果使焊接应力增大，促使热裂纹的产生。在焊接时选择合适的焊接规范，必要时应采取预热和缓冷措施，合埋地安排焊接方问和焊接顺序，以减小焊接应力。

③调整焊缝金属的合金成分，如焊接铬镍不锈钢时.适当提高焊缝金属的含铬量，可显著提高烛缝金属的抗热裂纹性能。在焊缝金属中加入可使晶粒细化的元素，如钳、钒、铁、铌、错、铝等，有利于消除集中分布的液态薄膜有效地防止热裂纹的产生。

④热裂纹板易在孤坑产生，即弧坑裂纹；焊条电弧焊时，一定要注意填满弧坑。在不加填充焊丝的钨极氩弧焊中，收弧时，焊接电流要逐渐变小，等焊接熔他的体积减少到很小时，再切断焊接电流。焊接难以消除弧坑裂纹的材料时，应使用引出板把弧坑引出。

Answer 2

热裂纹常发生在铸件最后凝固并且容易产生应力集中的部位，如热节、拐角或靠近内浇口等处。热裂纹分为内裂纹和外裂纹。内裂纹产生在铸件内部最后凝固的地方，有时与晶间缩孔、缩松较难区别。外裂纹在铸件的表面可以看见，其始于铸件的表面，由大到小逐渐向内部延伸，严重时裂纹将贯穿铸件的整个断面。

宏观裂纹：由于热裂纹是在高温下形成的，因此裂纹的表面与空气接触并被氧化而呈暗褐色甚至黑色，同时热裂纹呈弯曲状而不规则。
微观裂纹：沿晶界发生与发展，热裂纹的两侧有脱碳层并且裂纹附近的晶粒粗大，并伴有魏氏组织
热裂纹形成的温度范围
熔模铸件的热裂纹到底是在什么温度下发生的，长期以来说法不一．到目前为止归纳起来仍有两种：其一，热裂纹是在凝固温度范围内但接近于固相线温度时形成的，此时合金处于固-液态；其二，热裂纹是在稍低于固相线温度时形成的，此时合金处于固态。
热裂纹的防止措施
1．提高铸件在高温时的强度与塑性
(1)合理选材
选材是一项极为复杂的技术和经济问题。所渭合理选材就是选用的材质应该同时满足铸件的使用性、工艺性和经济性。对于铸件而言，主要是铸造工艺性(热裂性、流动性和收缩性等)。如果该材质的铸造工艺性能不佳，热裂倾向性大，那么浇注出来的铸件产生热裂纹的废品率就高。
(2)保证熔炼质量
在铸钢合金成分中，最有害的化学成分是硫。当wS＞0.03％，以O.05％的临界铝含量脱氧，硫化物以链状共晶形式分布时，塑性很低，易引起热裂纹。在熔炼时，可以加入适量的强脱硫剂稀土元素，以减少合金中的含硫量。只要稀土元素的加入工艺合理，其脱硫效果为40％～50％：并且稀土元素能细化晶粒，改变夹杂物的形态与分布，从而减轻了热裂纹的程度(指裂纹的大小与深浅)和降低了热裂纹的数量。
另外，分布于铸钢晶界的低熔点夹杂物将降低它的强度和塑性，并且随着夹杂物的增多，强度和塑性下降，促使形成热裂纹。在熔炼时，应选用干净、清洁的炉料；采用合理的熔炼工艺，加强操作，才能保证熔炼质量。
2.提高型壳的退让性，减少铸造应力
(1)铸件的结构
其与形成热裂纹的关系很大。结构不合理，如壁厚相差较大、热节较多而且较大、壁厚薄的转角处圆角太小或呈尖角引起应力集中等，均会引起热裂纹的产生。
铸件的壁厚不匀，导致铸件的冷却速度不一致。薄壁处先冷凝，并且有一定的强度，其对厚壁处的冷凝收缩起到阻碍作用(使厚壁处收缩时受到拉应力)。当阻力超过此时厚壁处合金的强度极限时，就产生热裂纹。
铸件壁厚薄的转角处圆角太小或呈尖角，引起应力集中，促使热裂纹的产生；圆角太大，又出现新的热节。因此，应通过实验选择适当的铸造圆角。
(2)浇注系统
浇冒口的设置可能造成铸件收缩时的热阻碍和机械阻碍。铸件在靠近内浇道的部位，凝固的较晚、冷却较慢。因此，铸件在此薄弱的部位容易引起热裂纹。如果将内浇道分散，使金属液从几处进入型腔，就能分散热应力，减少铸件收缩时的热阻碍和机械阻碍，防止或减少热裂纹的产生。
为了使熔模铸件顺序凝固，以利于补缩，而把内浇道设置在铸件厚大处。这使铸件上的热量分布极不均匀，产生较大的温度梯度，铸件收缩很不一致，易造成热裂纹。这就需要改变内浇道的位置，使铸件由顺序凝固变为同时凝固。铸件各处的温度均匀，冷凝较一致，可以减少或防止了铸件形成热裂纹。这样做可能减少了热裂纹，却可能使铸件产生缩孔和缩松。
(3)浇注工艺
浇注温度和浇注速度对铸件产生热裂纹的影响比较复杂。一般来说，对于薄壁件宜采用较高的浇注温度和较快的浇注速度。这可以使铸件温度很快趋向均匀，防止局部过热，同时可以使铸件冷凝较慢，减少铸件的收缩应力，从而减少或防止热裂纹的产生。对于厚壁件宜采用较低的浇注温度和较慢的浇注速度。如果厚壁件也采用高的浇注温度和快的浇注速度，则金属液的收缩大、晶粒粗化，更易使铸件产生热裂纹；严重时将使铸件同时形成热裂纹和缩孔(如果两个缺陷出现在同一个部位，即为缩裂)。
(4)型壳的退让性
铸件在冷凝过程中收缩受到型壳的阻碍时产生了收缩应力，收缩应力的大小直接影响到铸件是否产生热裂纹。因此，提高型壳的退让性非常重要。型壳的退让性好，则铸件收缩时的阻力小，形成热裂纹的可能性小。

Answer 3

焊缝结晶时，杂质和低熔点共晶物在晶界处偏析。由于它们的熔点比焊缝金属低，所以在结晶过程中以液态间层存在。当受到一定大小的拉伸内应力时，液体间层被拉开而形成热裂纹。由此可见，拉应力是产生热裂纹的外因，晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因，拉应力通过晶界上的低熔点共晶体而造成热裂纹。

      防止措施有:
      (1)降低母材或焊丝的含硫量。
      (2)降低焊缝的含碳量。
      (3)提高焊丝的含锰量。
      (4)加变质剂。
      (5}形成双相组织。
      (6)选用合理的成形系数。
      (7)选择合理的焊接顺序和焊接方向。
      (8)对焊件采用焊前预热和焊后缓冷。