夹送辊堆焊裂纹及其产生机理

文献核心内容与工程背景

王清宝等人在2010年《焊接学报》第3期发表的《夹送辊堆焊裂纹及其产生机理》一文，深入研究了夹送辊堆焊修复中出现的裂纹问题。夹送辊是轧钢设备中的关键部件，用于引导和输送钢板，其表面承受严重磨损与循环热应力。堆焊修复是延长夹送辊使用寿命的经济手段，然而，即使堆焊工艺与热处理参数看似得当，仍常出现热裂纹。该文通过模拟堆焊实验，利用光学显微镜与扫描电镜对裂纹表面和断口进行精细观察，揭示了裂纹的微观特征与形成机制。

裂纹的微观特征与分类

文中发现，裂纹呈现网状环向分布，由主裂纹与围绕在其周围的微裂纹组成。这一特征表明裂纹并非单一机制所致，而是多种因素耦合的结果。

主裂纹的形成主要与低熔点共晶有关：碳、硫、氧等杂质元素在凝固过程中偏析至晶界或枝晶间，形成（Fe, Mn）S、FeO等低熔点化合物，在凝固收缩应力作用下开裂。而微裂纹则与氧化物夹杂的偏析与聚集密切相关，这些氧化物在熔池中难以浮出，成为应力集中源。

杂质元素的作用机制

文中指出，碳、硫、氧三者的相互作用是裂纹产生的关键。在堆焊熔池中，硫与铁形成FeS（熔点约988℃），而氧与铁形成FeO（熔点约1370℃）。当碳存在时，会促进CO气体的形成，加剧熔池的氧化与沸腾，进一步增加氧化物的含量。此外，碳还能与氧反应生成CO气泡，若气泡未能逸出，则会形成气孔或成为裂纹源。

对堆焊修复工艺的改进建议

基于该文的研究结论，在夹送辊堆焊修复中应采取以下措施：

• 严格筛选焊材：优先选用真空冶炼或电渣重熔的焊丝，其杂质含量低、纯净度高。
• 优化保护气体：采用Ar+少量O₂或CO₂的混合气，既保证电弧稳定性，又增强脱氧效果。
• 控制稀释率：通过调整焊接速度与送丝速度，将母材对熔池的稀释率控制在15%以下，减少母材中杂质的混入。
• 层间清理：每层堆焊后彻底清除焊渣与氧化皮，防止夹杂物积累。

学习心得与工程启示

该文的研究方法——从宏观裂纹定位到微观成分分析，再到机理推演——是焊接缺陷分析的经典范式。它提醒我们：在堆焊修复中，即使工艺参数看似合理，若材料纯净度不达标，裂纹仍可能“防不胜防”。因此，焊材的入场检验（如光谱分析、金相检验）应成为质量控制的第一道关口。此外，文中揭示的“微裂纹由氧化物聚集引起”这一结论，对于指导堆焊层设计具有重要价值：在堆焊盖面层时，可采用含强脱氧元素（如Ti、Zr）的焊材，以细化氧化物形态并提高其弥散度。该文为轧辊类零部件堆焊修复提供了扎实的理论依据，也警示我们：焊接质量不能仅依赖工艺，材料的基础性能往往起决定性作用。