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厚壁不銹鋼管焊縫裂紋產(chǎn)生原因

厚壁不銹鋼管應(yīng)用在化工行業(yè)，對不銹鋼的性能要求比較高，在使用時發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)裂紋，這是廠家在加工過程中經(jīng)驗(yàn)不足和操作不當(dāng)造成的。本文講解厚壁不銹鋼管焊縫裂紋產(chǎn)生原因。

裂紋分為冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋這三種，冷裂紋是指焊接接頭冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的裂紋。熱裂紋是指在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)間所產(chǎn)生的焊接裂紋。再熱裂紋是指焊后，不銹鋼焊管在一定溫度范圍內(nèi)再次進(jìn)行加熱（消除應(yīng)力熱處理或其他加熱過程）而產(chǎn)生的裂紋。不同裂紋產(chǎn)生的原因不同，先了解一下熱裂紋產(chǎn)生的原因。

材料中含有過多的合金元素時，焊接時易形成方向性很強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，同時增大了液固相線的間距。奧氏體不銹鋼焊縫結(jié)晶時，液、固相線的區(qū)間較大，結(jié)晶時間較長，且奧氏體結(jié)晶的枝晶方向性強(qiáng)，所以雜質(zhì)偏析現(xiàn)象比較嚴(yán)重，并在晶界積聚。厚壁不銹鋼管中的合金元素成分會在熔池中形成低熔點(diǎn)共晶，在凝固結(jié)晶后期以液態(tài)薄膜形式存在于奧氏體柱狀結(jié)晶之間，割裂了晶粒之間的聯(lián)系。在冷卻收縮所引起的拉應(yīng)力作用下，這些遠(yuǎn)比晶粒脆弱的液態(tài)薄膜承受不了這種拉應(yīng)力，就在晶粒邊界處分離形成結(jié)晶裂紋，即熱裂紋。

對奧氏體不銹鋼來說，影響熱裂紋的主要影響元素為硫、磷。

硫：硫是易偏析的元素之一，硫在δ相中的溶解度為0.18%，在γ相中的溶解度為0.05%，在常溫的γ相中的溶解度僅為0.01%，超出溶解度的硫?qū)⑽龀鯢e與FeS的低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)為988℃），它遠(yuǎn)低于奧氏體相的熔解溫度（1300~1360℃），比鐵的熔點(diǎn)（1534℃）更低。另外，硫與鎳形成Ni3S2，其熔點(diǎn)為645℃。這些物質(zhì)在敏感溫度區(qū)間極易偏析，是厚壁不銹鋼管焊縫產(chǎn)生熱裂紋的主要原因之一。

磷：也是易偏析的元素之一，磷在δ相中的溶解度為2.8%，在γ相中的溶解度為0.25%，在常溫的γ相中的溶解度僅為0.025%。磷溶于奧氏體中，由于其原子直徑比鐵大很多，造成奧氏體晶格畸變嚴(yán)重，使塑性和韌性大大降低，脆性增大，同時，超出溶解度的磷將析出形成鐵與磷化鐵（熔點(diǎn)為1100℃）的低熔點(diǎn)共晶體。

另外，磷與鎳形成Ni3P，其熔點(diǎn)為880℃。不同的是，磷的低熔點(diǎn)共晶物呈膜狀（硫的低熔點(diǎn)共晶物往往為球狀），膜狀的低熔點(diǎn)共晶物更容易引起熱裂紋。另一方面，硫的有害性可以通過在金屬中添加錳元素來改善，而錳對磷的有害性卻不起作用。因此，雖然磷在厚壁不銹鋼管的溶解度比硫高，但對焊接熱裂紋的產(chǎn)生更敏感。

厚壁不銹鋼管焊縫裂紋產(chǎn)生原因，由于硫、磷等有害元素具有嚴(yán)重偏析傾向，在進(jìn)行多層多道焊時，硫、磷等有害元素向每一道的焊縫表面富集，并熔入到下一層焊道中，繼續(xù)進(jìn)行富集，隨著焊接過程的進(jìn)行，硫、磷等有害元素富集在焊縫的表面，形成整個焊縫內(nèi)部硫、磷等有害元素含量低，焊縫表面含量高的情況，在焊縫表面嚴(yán)重增加了裂紋傾向，在固定焊道拘束應(yīng)力的作用下，造成了厚壁不銹鋼管裂紋的出現(xiàn)。