浅析焊接因素对低合金结构钢冷脆性的影响

浅析焊接因素对低合金结构钢冷
脆性的影响
内容摘要：浅析焊接因素对低合金结构钢冷脆性的影响,摘要：介绍了低温带，冬季室外温度低达-40℃。

为了避免由于寒冷引起的脆性断裂，许多室外大型、重要的建筑结构工程都选用具有良好的抗冷脆性；良好的物理化学性能及良好的工艺性能的低合金结构钢材主体材质。

关键词：低温焊接合金冷脆性
前言
在实际工作中，建筑钢结构钢性较大，当工作环境温度较低时，焊接接头易产生冷裂纹，最终导致冷脆断裂。

这是因为焊缝金属受到焊接这一不均衡热循环作用，成为整个焊接钢结构中最薄弱、最易出问题的部位。

因此，了解焊接因素对低合金结构钢冷脆性的影响有助于我们在实际工作中采取正确的焊接工艺措施，从而最大限度地减少、防止焊接因素导致的低合金钢结构冷脆断裂。

一、冷脆机理
经过对冷脆现象大量的调查分析及试验研究发现，钢结构的冷脆裂具有如下特征：
1、低应力脆断性质：断裂时的工作应力较低，往往低于设计应力时发生断裂。

2、裂纹的高速扩展特性：脆断发生时，裂纹的扩展速高达1500-2000米/秒，故无法制止。

3、与断裂的微观机制紧密联系，随着温度的变化，断裂由较高温度下的宏观塑性变为较低温度下的宏观脆性，这种明显的脆性转折发生在不大温度范围内，可用塑脆转折温度表示。

4、断口的宏观特征：断口平齐，具有晶粒状特征，断口附近的断面收缩率很小。

5、对缺口或裂纹的敏感性：缺口或裂缝的存在使得脆转折温度显著地向高温推移，也就是说，实际上冷脆事故多见于带缺口或裂缝的钢结构上。

二、冷脆的影响因素及焊接因素对其作用
冷脆的影响因素很多，如钢的化学成份、晶粒度、晶体结构、强度等级、温度、应力状态、板材厚度等都对冷脆有很大的影响。

焊接因素对低合金结构钢冷脆性影响正是通过对这些因素的作用面实现的。

焊接工艺的引入，不可避免地使焊缝及其附近金属受到热循环和热塑性变形循环的作用，导致焊接接头的热应变脆化和内部存在残余应力，此外由于工艺、人为因素亦会使焊缝产生焊接缺陷；夹渣、焊接裂纹，错边、气孔，未焊透等。

1、晶粒度的影响：焊接热过程会使焊接接头热的晶粒尺寸增加，当晶粒尺寸大于临界昌粒尺寸时，结构会产生脆性断裂。

2、晶粒结构的影响：以16Mn为代表的低合金结构钢，具有体心立方晶体结构，这决定了低合金结构钢具有明显的冷脆性，焊接因素对其冷脆性影响是通过这一本质特征实现的。

3、温度的影响：在焊接结构中，温度做为外因，温度的改变会引起材料本身性能的变化，温度是造成金属材料，工程结构脆性断裂的重要因素。

事实证明，许多脆性断裂事故都发生于低温，而且均产生于缺陷附近区域。

4、焊接应力状态、缺口的影响：如图1可见，焊接应力状态越硬，则材料的塑性、韧性降低，冷脆转变温度提高。

焊接缺陷相当于缺口存在，缺口越尖锐，应力越集中，则焊接接头冷脆转变温度提高，由图2可见，缺口的存在使冷脆转变温度上升。

5、形变速度的影响：形变速度（或加载速度，应变速度）对低合金结构钢脆性有明显的影响，随着形变速度的增加，钢的脆性转变温度升高。

6、板厚的影响：板厚对脆性断裂有较大的影响，近年来，随着工程结构的大型化，所使用的钢板厚度有增加趋势，这给焊接结构的脆性断裂带来了一定影响。

在却贝冲击试验中，随着板厚的增加，脆性转变温度提高。

7、热应变脆化对冷脆的影响：热应变脆化使材料的屈服极限明显升高，而低温下的塑性应变能力降低，塑脆转折温度明显提高。