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1、氢对锻件及焊接件影响仇志晖【关键词】锻件；焊接件；氢致缺陷；消除【论文摘要】氢对锻件及焊接件影响中图分类号：TQ 050.41文献标识码：B氢的存在使钢铁组织变脆，甚至形成微裂纹，从而影响材料的性能。氢在高温下渗透性很强，锻件及焊接件在制造过程中很容易产生各种氢致缺陷，但它们的形成机理及对其处理方法是有区别的。1形成机理(1)锻件锻坯疏松组织内残留的氢在锻造时会重新溶解到高温奥氏体中，锻后冷却奥氏体发生相变，组织溶氢的能力减小，来不及逸出的氢原子就会扩散到锻件中的显微裂口处，形成高压分子氢，使局部组织变脆。在锻造应力、相变应力和热应力的共同作用下，变脆的显微裂口不断扩大，形成由细小裂纹组成的脆
2、性断裂斑点，亦称白点。(2)焊接件在焊接电弧高温作用下，焊材及母材中的氢分解成原子氢或离子氢，并大量溶解于熔池中，随后熔池凝固，来不及扩散出去的氢，一部分留在金属晶格内，具有很强的扩散能力，称之为扩散氢。另一部分则扩散到由气孔、夹渣等焊接缺陷构成的陷井处，结合成分子氢，因体积变大而不能再扩散，称之为剩余氢。在焊缝发生大塑性变形时，陷井处产生应力集中，剩余氢会重新分解成原子氢，并扩散到位错形成的显微空腔处，形成高压分子氢，引起局部脆化现象，其断口一般为中心带气孔或夹杂物的圆形脆断斑点，俗称鱼眼。2处理方法(1)锻件铁素体组织氢扩散快，奥氏体组织溶氢能力大，这两类锻件都不易产生白点，只有含Cr、M
3、o、Ni及W等敏感元素的混合组织型合金钢，才易形成白点。锻件白点是一种脆断裂纹，一旦形成将对材料塑性产生严重影响。本厂甲烷化炉 15CrMo珠光体耐热钢锻坯试验数据见表1。表1数据说明，即使改变热处理方法，也无法恢复材料的塑性。用超声波探伤锻坯，回波显示为尖端分岔的乱山峰波形，属于典型的白点缺陷波形。标准规定不允许使用存在白点缺陷的锻件。在实际工作中，我们采取以下措施处理存在白点的锻件：去除锻坯芯部材料，留用表层氢扩散容易，不易形成白点缺陷的材料，并用超声波探伤检查是否存在白点缺陷。对锻件重新进行锻制，锻后保温消氢，由于锻件内部白点未被污染，细小裂纹是可以“焊合”的。表1中，15CrMo锻坯在
4、重新锻制及消氢处理后，经力学性能试验和超声波探伤检查，证明白点缺陷已消除。表115CrMo锻坯力学性能组号拉伸试验冲击试验备注b/MPas/MPa5缺口型式试验温度AKJ147630111.833.8V型室温54，50，58正火处理测试值254042815.235.4V型室温60，100，79调质处理测试值344125519.0U型室温47JB 755标准值(2)焊接件在对焊接试板进行力学性能试验时发现鱼眼缺陷。常规做法是对产品进行消氢热处理，但这样做一方面成本高，另一方面有些产品加工成型后，因为各种原因而难于再进行消氢热处理。那么不进行消氢热处理，能否保证产品的安全使用呢，在经多方面分析后我
5、们得出以下结论：鱼眼缺陷是在焊缝塑性变形过程中形成的(超声波探伤及低倍酸蚀检查均难发现)，压力容器等产品一般按弹性理论设计，在使用过程中焊缝不会出现大的塑性变形，故迄今为止还未见有鱼眼缺陷引发重大事故的报道。统计表明，出现鱼眼缺陷的焊接试板，其弯曲性能指标大多合格。本厂1986年对16MnR产品焊接试板抽样统计结果见表2，表中带“*”号组为梅氏试样冲击功值。由于氢扩散能力强，随着时间推移，焊缝中含氢量呈下降趋势，产生鱼眼缺陷的可能性减小。现行标准规范对锻件白点缺陷严格控制，但对焊接件鱼眼缺陷无明确限制，体现了区别对待的原则。当然对于按应力分析设计的压力容器以及塑性指标恶化(弯曲试验不合格)的高
6、强钢容器，为稳妥起见应尽量进行消氢热处理。 表216MnR试板鱼眼缺陷汇总板厚/mm抗拉强度b/MPa断口位置鱼眼数或尺寸弯曲试验冲击功Akv/J面弯背弯20562焊缝10个最大3.5 mm完好完好187，188，180550焊缝2个最大2.5 mm14614焊缝4.6 mm完好裂lx3 mm180，159，175*608母材12612焊缝1.8 mm完好完好145，142，134*607母材12610焊缝4.5 mm完好完好76，66，66603母材3结语锻件白点严重损害材料塑性，降低结构静载强度和疲带强度，可通过重新锻造及消氢方法进行处理。焊接件鱼眼缺陷是在焊缝大塑性变形过程中形成的，在材料弹性范围内不会影响结构的安全使用，但对于塑性指标恶化的高强钢容器，拟进行消氢热处理。本厂甲烷化炉等几十台压力容器按以上原则进行了处理，至今已安全运行十多年，经济效益显著。 作者简介：仇志晖(1962-)，男，工程师，1992年毕业于工程管理工程专业，现从事压力容器设计制造。作者单位：佛山市化工机械厂， 广东佛山 528031参考文献：1张志文.锻造工艺学M.北京：机械工业出版社，1983.2张文铖.金属熔焊原理及工艺M.北京：机械工业出版社，1980.3董秀文.焊接接头冷弯开裂原因分析J.压力容器，1986，3(6)：69-72.