再热裂纹的成因及控制

一、特点

采用含有某些沉淀强化元素钢材的厚板焊接结构，在消除应力热处理或在一定温度下服役时，焊接热影响区粗晶区容易产生裂纹。而裂纹是在再次加热过程中产生的，因此称为再热裂纹，或称消除应力处理裂纹。

再热裂纹沿晶间开裂，裂纹走向沿着熔合区附近的奥氏体粗晶晶界，但在遇到细晶区时停止扩展。虽然再热裂纹与热裂纹都为沿晶间开裂，但它们是有根本区别的，热裂纹发生在固相线（合金相图上的固相线）附近，再热裂纹生在再次加热的过程中，并存在一个敏感温度区间，约为550~650℃。

二、成因

再热裂纹多发生在含有沉淀强化元素的低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和镍基合金的焊接热影响区，极个别情况下也可能出现在焊缝中。在热影响区粗晶区析出沉淀硬化相时（Mo、V、Cr、Nb、Ti的碳化物），若结构中存在较大的焊接残余应力和应力集中，当再次加热导致的应力松驰所产生的附加变形，大于该部位的蠕变塑性时，将会发生再热裂纹。（有关再热裂纹的形成机理，更具体地可参考文献[1] 8.3.3节）

总的来说，再热裂纹的成因包括：

1. 材料中含有某些沉淀强化元素，如含有V、Nb、Ti、Mo等高强钢、耐热钢，含有Al、Ti的可热处理的镍基合金钢，及含Nb的奥氏体不锈钢。

2. 存在较高的残余应力和应力集中，多见于厚板、拘束度大的焊接区，如压力容器上管接头。

3. 再热裂纹敏感性与再热温度和时间有密切关系，存在着一个最易产生再热裂纹的温度区间。

三、再热裂纹敏感性指数^[1]

可用下面两种指数判定合金元素对低合金钢再热裂纹敏感性的影响。

四、控制措施

1. 尽量选用再热裂纹敏感性低的材料。（选材需要考虑的因素很多，不能单只考虑焊接性，所以说“尽量”）

2. 适当增加焊接时的热输入可减小过热区的硬度，有利于减小热裂纹敏感性，但过大的热输入会导致焊缝和热影响区过热区的晶粒粗大，提高热裂纹敏感性。而焊接时小热输入配合预热是较为合理的措施。

3. 焊后加热缓冷，在二次加热前过热区已经有较粗大的碳化物析出，避免二次硬化造成的晶界蠕变能力相对于晶内弱化，进而抑制再热裂纹。

4. 选用低强匹配焊材，可以适当降低焊缝强度，提高焊缝金属的塑性，使残余应力在焊缝松驰，降低过热区的应力集中。

5. 在结构设计中，减小焊接接头的拘束度，合理确定焊缝位置、坡口形状、焊接热输入及焊接顺序，降低焊接残余应力和避免应力集中。

6. 采用多层多道焊，可以细化晶粒，并使细晶内部碳化物相对粗化，沿晶不再存在无碳化物区，避免再加热时晶界贫化造成的晶内强化大于晶界，从而避免再热裂纹。多层多道焊还可减少焊接中的拘束，降低焊接焊接残余应力。

7. 焊后热处理过程中快速加热，可以避免与裂纹C曲线相交（快速通过敏感温度区间），从而避免产生再热裂纹。

参考文献

[1] 李亚江. 焊接冶金原理. 北京: 化学工业出版社, 2014