引言
近年來(lái)特種設(shè)備上低合金高強(qiáng)材料的應(yīng)用越來(lái)越普遍，這與鍋爐壓力容器高溫高壓的工況有關(guān)，但特種設(shè)備在制造過(guò)程中往往發(fā)現(xiàn)焊縫在熱處理后發(fā)現(xiàn)裂紋，特別如2.25Cr-1Mo,13MoNiMoR等材料，這引起了制造廠的注意。
焊接接頭中裂紋的種類(lèi)很多：
1.結(jié)晶裂紋：焊接熔池凝固結(jié)晶時(shí)，在液相與固相并存的溫度區(qū)間，由于結(jié)晶偏析和收縮應(yīng)力應(yīng)變的作用，焊縫金屬沿一次結(jié)晶晶界形成的裂紋。此類(lèi)裂紋只發(fā)生在焊縫中(包括弧坑)。
2.液化裂紋：焊接過(guò)程中，在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下，在多層焊縫的層間金屬與母材近縫區(qū)金屬中，由于晶間金屬/受熱重新熔化，在一定的收縮應(yīng)力作用下，沿奧氏體晶界開(kāi)裂的現(xiàn)象，有的文獻(xiàn)稱(chēng)為“熱撕裂”。
3.高溫低塑性裂紋：在液相結(jié)晶完成以后，焊接接頭金屬?gòu)牟牧系乃苄曰謴?fù)溫度開(kāi)始冷卻，對(duì)于某些材料，當(dāng)冷卻到一定的溫度范圍時(shí)，由于應(yīng)變速率和某些冶金因素的相互作用，引起塑性下降，導(dǎo)致焊接接頭金屬沿晶界開(kāi)裂。一般發(fā)生在比液化裂紋的部位距熔合線(xiàn)更遠(yuǎn)一些的熱影響區(qū)。
4.再熱裂紋：焊接后，在消除殘余應(yīng)力熱處理或不經(jīng)任何熱處理的焊件，處于一定溫度下服役的過(guò)程中，在一定條件下產(chǎn)生的沿奧氏體晶界發(fā)展的裂紋。事實(shí)上再熱裂紋是低合金高強(qiáng)鋼焊接性要解決的主要問(wèn)題之一，特別是某些含有較多碳化物形成元素（如Cr，Mo，V），并可產(chǎn)生沉淀碳化物的低合金高強(qiáng)鋼和熱強(qiáng)鋼厚板焊縫中，往往就會(huì)在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中產(chǎn)生再熱裂紋，處理這些缺陷費(fèi)工費(fèi)時(shí)，對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)很大影響。下面就再熱裂紋的形成機(jī)理和制造過(guò)程中的預(yù)防措施及檢驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)析。
再熱裂紋的機(jī)理
再熱裂紋的形成，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是晶內(nèi)由于強(qiáng)化強(qiáng)度很大而晶界強(qiáng)度較弱，在焊后熱處理時(shí)，應(yīng)力松弛時(shí)的形變集中加在了晶界上，一旦晶界應(yīng)變超出了晶界的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致沿晶界開(kāi)裂產(chǎn)生裂紋。
1.1再熱裂紋形成的內(nèi)因
焊接時(shí)，熔合線(xiàn)附近的熱影響區(qū)被加熱到1200℃左右，尤其是厚板多次被加熱后，晶粒粗大，而在冷卻時(shí)強(qiáng)碳化物析出較慢，同樣在埋弧焊時(shí)，由于線(xiàn)能量較大，焊縫中間的晶粒也較粗大，在隨后的SR處理（480～680℃）過(guò)程中，碳化物（V4C3、NbC、MoC等）在晶內(nèi)彌散沉淀，從而強(qiáng)化了晶內(nèi)（晶內(nèi)熱強(qiáng)性好），使熱處理時(shí)，應(yīng)力松弛時(shí)的應(yīng)變集中加載在晶界上；晶粒粗大使承載應(yīng)變的晶界數(shù)銳減，同樣應(yīng)變單位晶界應(yīng)變量大大增加；另外，在焊后SR處理時(shí)，低熔點(diǎn)雜質(zhì)及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析于晶界，減弱了晶界的塑性，應(yīng)變超過(guò)晶界的塑性極限就形成開(kāi)裂。
1.2再熱裂紋形成的外因
上面簡(jiǎn)述了再熱裂紋的內(nèi)因，但要產(chǎn)生再熱裂紋還需要外因的存在，外因的產(chǎn)生應(yīng)該從焊接殘余應(yīng)力和膨脹應(yīng)力兩個(gè)部分來(lái)考慮。
焊后消應(yīng)力熱處理時(shí)，焊接殘余應(yīng)力通過(guò)松弛蠕變變形得以降低，當(dāng)材料的變形難以滿(mǎn)足這種變形要求時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。在焊接區(qū)，低熔點(diǎn)化合物、偏析及粗晶脆化區(qū)存在，由于晶界強(qiáng)度、韌性不足，不能抵抗蠕變膨脹變形而產(chǎn)生裂紋失效。
蠕變變形，實(shí)際上是一個(gè)受熱膨脹的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中是產(chǎn)生膨脹拉應(yīng)力，來(lái)抵消一部分焊接過(guò)程中產(chǎn)生的壓應(yīng)力，當(dāng)冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生收縮力來(lái)抵消部分焊接過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而使應(yīng)力峰值降低。因此，在焊接區(qū)內(nèi)微缺陷氣孔、夾渣等應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)膨脹力與該區(qū)應(yīng)力疊加后產(chǎn)生高峰值的拉應(yīng)力，峰值大于材料的強(qiáng)度值時(shí)，原來(lái)維持不失效的平衡將被打破而產(chǎn)生裂紋。這些應(yīng)力集中的區(qū)域應(yīng)力分布的狀態(tài)很復(fù)雜，受厚度位置的不同而不同，受周?chē)欠裼薪庸艿染惺牟煌煌?。比如，該種缺陷處于V型坡口焊接時(shí)的下部，這些缺陷受的是拉應(yīng)力，處于上方時(shí)，受的是壓應(yīng)力。這也是很多再熱裂紋多存在于焊接區(qū)的根部的原因。復(fù)合堆焊過(guò)渡層由于是異種鋼的焊接，組織很復(fù)雜，又處于拉應(yīng)力的區(qū)域，故產(chǎn)生的再熱裂紋的傾向也是很大的。
預(yù)防措施
從再熱裂紋的形成機(jī)理原因分析，預(yù)防的措施有以下幾個(gè)方面。
2.1 嚴(yán)格控制原材料
在原材料的采購(gòu)上，鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等強(qiáng)碳化物形成元素對(duì)再熱裂紋形成有很大影響，需嚴(yán)格控制，還有能形成硫磷共晶物的S、P含量，采購(gòu)焊接材料時(shí)也要有同樣的要求，這樣的措施是解決產(chǎn)生再熱裂紋內(nèi)因的較為有效的措施之一。
選擇熱裂紋敏感性低的焊接材料（嚴(yán)格控制S、P、 V、Nb等元素含量），焊縫金屬?gòu)?qiáng)度取下限。
2.2制定合理的焊接規(guī)范
①盡可能地降低焊接線(xiàn)能量，控制預(yù)熱層間溫度。
這兩者決定了焊縫金屬的冷卻條件，對(duì)焊縫區(qū)顯微組織有很大影響。一般來(lái)講，采用小線(xiàn)能量多道多層并適當(dāng)提高焊縫區(qū)的冷卻速度，對(duì)改善顯微組織、提高沖擊韌性、防止熱裂紋產(chǎn)生是有利的。但過(guò)低的層間溫度，將不利于氫的逸出，有產(chǎn)生冷裂紋的危險(xiǎn)，因此控制冷卻速度，獲取細(xì)化的晶粒應(yīng)著重考慮從控制線(xiàn)能量的大小上著手。
②采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施
采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施，可以軟化淬硬層的硬度、提高韌性、提高抗裂性。
2.3控制焊接過(guò)程，減少微小缺陷量
認(rèn)真執(zhí)行焊接規(guī)范，減少微小缺陷，減少熔敷金屬量，采用窄間隙焊也是控制再熱裂紋的有效措施。通過(guò)上面的論述，這些微小缺陷，不超標(biāo)的缺陷，由于是應(yīng)力集中點(diǎn)，因此在熱處理釋放應(yīng)力過(guò)程中，有應(yīng)力疊加的原因，造成再熱裂紋。因此，控制這些缺陷也是必要的。
2.4控制焊接殘余應(yīng)力
焊接殘余應(yīng)力在熱處理蠕變膨脹力的作用下，特別是在應(yīng)力疊加為拉應(yīng)力的情況下，焊縫中的應(yīng)力集中點(diǎn)，碳化物產(chǎn)生的沉淀硬化區(qū)后晶界的薄弱環(huán)節(jié)，抵抗不了應(yīng)變?cè)斐砷_(kāi)裂。因此在熱處理前，減小殘余應(yīng)力的手段也能減少再熱裂紋的產(chǎn)生。①采用半道中間熱處理。②采用高頻超聲波沖擊法。這兩種手段都能有效地減少焊接殘余應(yīng)力。
2.5焊后熱處理
在焊后熱處理過(guò)程中，控制升溫以及降溫的速度，以較緩慢均勻地膨脹、收縮，減小再熱裂紋的產(chǎn)生。
檢驗(yàn)檢測(cè)鑒別缺陷的方法
一般使用的表面探傷只能指定有無(wú)缺陷，要能確定缺陷產(chǎn)生的真正原因還需要用下列方法進(jìn)行檢驗(yàn)：
3.1復(fù)型金相法
用大工件金相檢查儀微觀檢驗(yàn)
4.3管道和部件的微觀檢驗(yàn):
結(jié)束語(yǔ)
由于再熱裂紋不是在焊接過(guò)程產(chǎn)生，而是在熱處理或運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的，因此再熱裂紋有一定的隱蔽性，進(jìn)而出現(xiàn)事故具有不可預(yù)見(jiàn)性，進(jìn)而會(huì)造成更大的損失。所以必須在特種設(shè)備的前期設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等各環(huán)節(jié)預(yù)先考慮到再熱裂紋的出現(xiàn)。
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