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焊接機器人焊接后再熱裂紋的形成機理和制造過程中的預防措施

    焊接機器人焊接后,在消除殘余應力熱處理或不經任何熱處理的焊件,處于一定溫度下服役的過程中,在一定條件下產生的沿奧氏體晶界發展的裂紋。事實上再熱裂紋是低合金高強鋼焊接性要解決的主要問題之一,特別是某些含有較多碳化物形成元素如 Cr,Mo,V,并可產生沉淀碳化物的低合金高強鋼和熱強鋼厚板焊縫中,往往就會在焊后消除應力熱處理過程中產生再熱裂紋,處理這些缺陷既費工又費時,對生產帶來很大影響。下面就再熱裂紋的形成機理和制造過程中的預防措施及檢驗方法進行簡析。

    再熱裂紋的機理

    再熱裂紋的形成,簡單來說就是晶內由于強化強度很大而晶界強度較弱,在焊接機器人焊后熱處理時,應力松弛時的形變集中加在了晶界上,一旦晶界應變超出了晶界的強度極限時,會導致沿晶界開裂產生裂紋。

(1)再熱裂紋形成的內因  焊接機器人焊接時,熔合線附近的熱影響區被加熱到1200℃左右,尤其是厚板多次被加熱后,晶粒粗大,而在冷卻時強碳化物析出較慢,同樣在埋弧焊時,由于線能量較大,焊縫中間的晶粒也較粗大,在隨后的SR處理(480680)過程中,碳化物(V4C3、NbC、MoC)在晶內彌散沉淀,從而強化了晶內(晶內熱強性好),使熱處理時,應力松弛時的應變集中加載在晶界上;晶粒粗大,使承載應變的晶界數銳減,同樣應變單位晶界應變量大大增加;另外,在焊后SR處理時,低熔點雜質及B、Sb、Sn、As等微量元素偏析于晶界,減弱了晶界的塑性,應變超過晶界的塑性極限就形成開裂。

(2)再熱裂紋形成的外因  上面簡述了再熱裂紋的內因,但要產生再熱裂紋還需要外因的存在,外因的產生應該從焊接殘余應力和膨脹應力兩個部分來考慮。

    焊后消應力熱處理時,焊接殘余應力通過松弛蠕變變形得以降低,當材料的變形難以滿足這種變形要求時,就會產生裂紋。在焊接區,低熔點化合物、偏析及粗晶脆化區的存在,由于晶界強度、韌性不足,不能抵抗蠕變膨脹變形而產生裂紋失效。

    蠕變變形,實際上是一個受熱膨脹的過程,在這個過程中是產生膨脹拉應力,來抵消一部分焊接過程中產生的壓應力,當冷卻收縮時產生收縮力來抵消部分焊接過程中產生的拉應力,從而使應力峰值降低。因此,在焊接區內微缺陷氣孔、夾渣等應力集中區,當膨脹力與該區應力疊加后產生高峰值的拉應力,峰值大于材料的強度值時,原來維持不失效的平衡將被打破而產生裂紋。這些應力集中的區域應力分布的狀態很復雜,受厚度位置的不同而存在差異,受周圍是否有接管等拘束的不同而不同。比如,該種缺陷處于V型坡口焊接時的下部,這些缺陷受的是拉應力,處于上方時,受的是壓應力。這也是很多再熱裂紋多存在于焊接區的根部的原因。復合堆焊過渡層由于是異種鋼的焊接,組織非常復雜,又處于拉應力的區域,故產生的再熱裂紋的傾向也是很大的。

    預防措施:從再熱裂紋的形成機理原因分析,預防的措施有以下幾個方面:

    嚴格控制原材料:在原材料的采購上,鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等強碳化物形成元素,對再熱裂紋形成有很大影響,需嚴格控制,還有能形成硫磷共晶物的 S、P 含量,采購焊接材料時也要有同樣的要求,這樣的措施是解決產生再熱裂紋內因的較為有效的措施之一。


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