Page 34 - 理化检验-物理分册2018第四期
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王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ８ 讲 失效诊断与预防技术( ３ )


            区金属的熔化、 凝固结晶所形成的焊缝金属, 在焊缝                         ３．３．４．２．３  焊接裂纹诊断方法
            金属邻近部位的母材区由于热传导所引起的加热及                                 焊接热裂纹是在焊接过程中出现的, 比较明显
            冷却( 即热循环) 作用而产生的热影响区.焊接工艺                          的焊接热裂纹在焊接后肉眼就可以观察到, 其特征
            有部分类似于炼钢和铸造, 又有部分与钢的热处理                            比较明显, 产生因素比较单一, 比较容易诊断.工序
            相似.                                                间的检验也会对焊接热裂纹进行监控, 一般不会出
                GB / T６４１７．１－２００５ « 金属熔化焊焊缝 缺陷分                现太大的事故.再热裂纹是在热处理过程中产生
            类及说明» 中对焊接缺欠进行了定义, 将焊接接头中                          的, 其产生原因与热处理工艺不当以及焊接工艺不
            因焊接产生的金属不连续、 不致密或连续不良的现                            当有关, 也有可能由焊接缺陷或原材料缺陷引起.
            象简称“ 缺欠”, 超过规定值的缺 欠称为焊接缺陷.                         再热裂纹在热处理后容易被发现, 热处理工序间检
            按照 GB / T６４１７．１－２００５ , 焊接缺欠按其性质、 特征                验也会对其进行把关, 一般只造成焊接件的开裂失
            可分为以下 ６ 个种类: 裂纹、 孔穴、 固体夹杂、 未熔合                     效, 不太会引起大的事故.
            及未焊透、 形状或尺寸不良、 其他缺欠.                                   实际分析中, 遇到较多的是焊接冷裂纹引起的
            ３．３．４．２．２  焊接裂纹及特征                                 失效.
                 对一些重要的机械装备或者钢结构, 焊接裂纹                             焊接冷 裂 纹 导 致 的 失 效 一 般 具 有 以 下 特 征:
            是设计所不容许的焊接缺陷, 焊接裂纹主要分为以                            ① 开裂起源于焊接区域, 一般源于焊接热影响区, 焊
            下 ３ 种.                                             接接头大多存在焊接缺欠; ② 开裂具有延迟性特点;
                 ( １ )热裂纹                                      ③焊后一般都没有进行合适的热处理, 存在较大的焊
                 焊接热裂纹通常产生在较高的温度, 按其形成                         接残余应力, 有时在服役过程中焊接区域还承受恒定
            时间段又可分为: ① 结晶裂纹, 或称凝固裂纹; ② 熔                       的工作应力; ④ 开裂源区的显微组织发生了明显变
            化裂纹, 或称液化裂纹; ③ 高温低塑性裂纹.热裂纹                         化, 经常会出现对氢脆比较敏感的显微组织, 如马氏
            形成的温度范围为 １１００~１３００ ℃ , 主要由热应力                      体、 屈氏体等, 有时在主裂纹附近还会观察到内裂纹.
            引起, 与基体和焊条的成分关系较大.                                ３．３．４．２．４  焊接裂纹诊断举例
                 容易产生热裂纹的情况有: ① 碳含量超过 ０．６％                         开裂的外缸为矿井液压支架立柱的主要构件,
            ( 质量分数) 或强度较高的钢; ② 氧含量较高的铜;                        为焊接组合件.经调查, 与失效件同批次投入使用
            ③ 使用低熔点焊条的铝合金.                                     的油缸共 １１４ 套, 包含了 １１４×４＝４５６ 个外缸.该
                 热裂纹的特征如下: ① 宏观特征, 一般起源于焊                      油缸 设 计 压 力 为 ３２．６ MPa , 油 缸 出 厂 时 经 过 了
            缝区内, 呈蟹脚状、 网格状或曲线状; ② 微观特征, 沿                     ５０MPa 的耐压试验均无开裂泄漏现象, ２０１０ 年 １ 月
            晶扩展, 存在氧化、 脱碳, 有时有焊渣或焊料.                           投入矿井使用, 正常工作时内部通乳化液, 工作压力
                 ( ２ )冷裂纹                                      为 ３２MPa . ２０１０ 年 ５ 月 １４ 日曾发生过一起爆裂
                 焊接冷裂纹又称氢致裂纹或延迟裂纹, 通常产                         现象, 裂纹靠近缸筒口的一边, 但没有延伸到筒口,
            生于室温下, 是焊接残余应力和氢共同作用的结果.                           裂纹区域存在多条焊缝. ２０１０ 年 ９ 月 ５ 日晚, 同批
            由于焊接冷裂纹在开裂前没有任何预兆, 也不能通                            次外缸发生了第二次爆裂事故, 裂纹位置与第一次
            过无损检测的手段发现, 其开裂速度很快, 几乎在瞬                          爆裂的基本相同, 只是该次的裂纹要长一些, 并且延
            间完成, 有时还会伴随震耳的声音, 甚至爆炸, 往往                         伸到了缸筒的筒口.外缸筒体材料为 ２７SiMn 钢,
            是在毫无防备的情况下发生的, 因此其危害性最大,                           最终 热 处 理 状 态 为 调 质 处 理, 其 中 淬 火 温 度 为
            是机械装备及构件需严格控制的焊接缺陷.                               ９２０ ℃ , 回火温度为 ５４０ ℃ .外缸主筒体的外型尺
                 冷裂纹的特征如下: ① 宏观特征, 出现于应力集                      寸为 ２９６mm ( 外圆) ×１５８８ mm ( 长).在外缸的
                                                                  ϕ
            中处或组织过渡处, 一般位于热影响区内; ② 微观特                         加工制造过程中, 经历了两次焊接工序.
            征, 穿晶扩展, 很少有氧化、 脱碳.                                    首先对失效的外缸进行宏观分析, 可见裂纹呈
                 ( ３ )再热裂纹                                     轴向扩展, 几乎贯穿了外缸的整个长度.通过裂纹
                 焊接件在焊后的热处理过程中从焊缝区域发生                          宽度的实际测量发现, 裂纹最宽处位于图 ３３a ) 中标
            开裂形成的裂纹称为再热裂纹, 再热裂纹有时也被                            识区域内的小方块位置, 为裂纹起始区域.将裂纹
            归入热处理开裂的范畴.                                        全部打开, 可见明显的人字形放射纹, 此为裂纹快速
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