如何预防结晶裂纹——主要热裂纹评价参数分析

表2.3-2为铁二元和镍二元共晶成分及共晶温度。

影响结晶裂纹的主要因素如图2.3-2～图2.3-10所示。主要热裂纹评价参数如下：

1.临界应变增长率（简称CST）

CST=[-19.2w（C）-97.2w（S）-0.8w（Cu）-1.0w（Ni）+3.9w（Mn）+65.7w（Nb）-618.5w（B）+7.0]×10^-4

当CST≥6.5×10^-4时，可以防止裂纹。

典型材料的CST实测结果如图2.3-2、图2.3-3及图2.3-4（抗裂试验方法为Trans-Varestraint法）一般来说，ΔT_B越大，越易产生裂纹。

2.热裂纹敏感指数（简称HCS）

对于一般低合金高强度钢，热裂纹敏感指数：

如果HCS<4，则热裂纹敏感性较低，HCS越大的金属材料，其热裂纹敏感性越高。对于美国HY-130一类的钢，HCS公式为：

HCS=36w（C）+12w（Mn）+8w（Si）+540w（S）+

812w（P）+5w（Ni）+3.5w（Co）-20w（V）-13

当HCS≤2时，可以防止裂纹。

表2.3-2 铁二元和镍二元共晶成分及共晶温度

注：括号中的数字表示形成共晶时溶质的浓度（%）。

图2.3-2 碳钢及低合金钢的ε与ΔTB

SS41—低碳钢化学成分：C0.22%、S0.016%、P0.011%、Mn0.52%（质量分数） S55C—中碳钢化学成分：C0.55%、S0.018%、P0.018%、Mn0.73%（质量分数） HT80—HSLA钢化学成分：C0.15%、S0.008%、P0.008%、Mn0.90%、Cr、Mo、Cu、B（质量分数）

3.热裂指数（简称HCI）

在奥氏体焊缝中能促使热裂的元素为：P>S>Si>Ni；能抑制热裂的元素为：C>Mn>Cr。各种元素的影响可用“热裂指数”HCI表示：

HCI=1080w（P）+733w（S）+13w（Si）+0.2w（Ni）-43w（C）-3w（Mn）-0.7w（Cr）

为防止焊缝产生凝固裂纹，要求HCI<15。

4.化学元素对热裂纹的影响（图2.3-5～图2.3-9）

5.δ相的影响(www.xing528.com)

室温下焊缝中δ相数量与热裂倾向（用裂纹总长度L_c为判据）、脆性温度区间（BTR）对应关系如图2.3-10所示。δ相为5%～20%时热裂倾向最小。

图2.3-3 奥氏体钢的ε及ΔTB

304—0Cr18Ni9 321—0Cr18Ni11Ti 316—0Cr18Ni12Mo2 310—1Cr25Ni20

图2.3-4 纯铝及铝合金的ε及ΔTB

1050—纯铝 2024—硬铝合金（Al-4.5Cu-1.5Mg） 5083—防锈铝（Al-4.4Mg）

图2.3-5 磷对18-8钢和25-20钢焊缝热裂纹的影响

图2.3-6 镍基合金中合金元素对焊缝热裂纹的影响

图2.3-7 25-20钢焊缝中Si对热裂纹的影响

L_c—裂纹总长 D—熔池直径

图2.3-8 镍基合金焊缝中硅对热裂纹的影响

图2.3-9 Mn对25-20钢焊缝热裂纹的影响

图2.3-10 焊缝中δ相数量对热裂纹的影响

对结构钢焊缝热裂纹产生原因和防止措施如图2.3-11所示。

图2.3-11 结构钢焊缝热裂原因和防止措施