Горячие и холодные трещины при сварке: Горячие и холодные трещины при сварке металлов и причины их образования

Горячие и холодные трещины при сварке металлов и причины их образования

Горячие и холодные трещины при  сварке металлов и причины их образования

 

Дефекты при сварке металлов плавлением образуются вследствие нарушения требований нормативных документов к сварочным  материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом.

 

Согласно ГОСТ 30242-97 дефекты классифицируются на шесть групп: трещины, полости  и поры, твердые включения, несплавления и непровары, нарушение формы  шва, прочие дефекты (дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы).

 

Трещина — это несплошность, вызванная  местным разрывом шва, которая может  возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.

 Микротрещина — это трещина,  имеющая микроскопические размеры,  которую обнаруживают физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении. В зависимости от температуры, при которой образуются трещины, их условно подразделяют на горячие и холодные.

Горячие трещины в сталях возникают при температуре, превышающей 1000 °С, а холодные — при более низкой. Трещины являются самым серьезным дефектом сварного соединения, как правило не подлежащим устранению.

 

Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной  зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Они извилисты, в изломе имеют темный цвет, сильно окислены, распространяются по границам зерен. По современным представлениям горячие трещины вызываются действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зернами в процессе кристаллизации и деформациями укорачивания.

 

В интервале температур плавления  и полного затвердевания происходит миграция примесей и загрязнений  в межзеренные пространства. Наличие  между зернами жидкой фазы, примесей и загрязнений снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Неравномерность линейной и объемной усадок шва и основного металла при охлаждении приводит к возникновению внутренних напряжений, являющихся причиной появления микро- и макроскопических трещин как вдоль, так и поперек шва.

 

 Причинами образования горячих  трещин при сварке являются:

большое количество вредных примесей (особенно серы и фосфора) в металле  свариваемых заготовок;

наличие в металле шва элементов, образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания (хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан), нарушающие связь между зернами;

жесткое закрепление свариваемых  заготовок или повышенная жесткость  сварного узла, затрудняющая перемещение  заготовок при остывании.

 

 

Холодные трещины — это локальные  меж- или транскристаллические разрушения сварных соединений, образующиеся в  металле при остывании до относительно невысоких температур (как правило, ниже 200 °С) или при вылеживании  готового изделия. Холодные трещины в шве и переходной зоне расположены под любым углом ко шву — в изломе светлые или со слабыми цветами побежалости и возникают преимущественно при дуговой сварке низколегированной стали большой толщины.

Чаще всего трещины возникают в переходной зоне вследствие неправильной техники сварки или неправильно выбранного присадочного материала. Для предупреждения образования холодных трещин применяют:

прокаливание флюсов и электродов перед сваркой;

предварительный подогрев свариваемых  заготовок до 250-450 °С;

ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;

наложение швов в правильной последовательности;

медленное охлаждение изделия после  сварки;

проведение непосредственно после  сварки смягчающего отжига для снятия остаточных напряжений.

 

 

Общими причинами появления трещин, как горячих, так и холодных, в швах сварных соединений являются:

слишком высокая жесткость соединений;

слишком малый размер сварного шва  для данной толщины соединения;

несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки;

дефекты в сварном шве;

t неправильная подготовка соединения  под сварку;

неудовлетворительное качество или  неправильный выбор типа электродов;

использование повышенных значений сварочного тока, которое может привести к  появлению крупнозернистых охрупченных участков структуры;

высокое содержание углерода или легирующих элементов в основном металле, не учтенное при выборе технологии сварки.

 Для предупреждения образования  трещин в швах сварных соединений  необходимо:

разрабатывать металлоконструкции и  технологию сварки, которые позволяют исключить применение соединений с высокой жесткостью;

при сварке изделий достаточно большой  толщины увеличивать размеры  сварных швов;

 не допускать при сварке  узких валиков, производить сварку  полноразмерным швом короткими участками по 200-250 мм;

выбирать последовательность выполнения сварных швов такой, чтобы максимально  долго оставлять незаваренными  концевые участки соединения, с тем  чтобы они обладали максимально  возможной подвижностью;

обеспечить сплошность и хорошее сплавление сварных швов;

в некоторых случаях обеспечить предварительный подогрев свариваемых  частей;

сборку соединений производить  с одинаковым и требуемым по технологии зазором, при необходимости для  выравнивания зазора применять стягивающие  сборочные приспособления;

не допускать при сварке завышенных по сварочному току режимов сварки;

по возможности сварной шов  делать многопроходным, так как однопроходные  швы могут быть более хрупкими, а в многопроходных швах происходит отжиг каждого предыдущего слоя;

разделку заполнять сразу после  завершения сварки корня шва, так  как воздействию напряжения чаще всего подвергается область корневого  шва.

 

Продольные, поперечные и др.виды трещин при сварке металлов

 

Продольная трещина — это трещина, ориентированная параллельно оси сварного шва. Продольные трещины могут возникать в металле сварного шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещин в основном определяется очертаниями линии сплавления основного металла и шва. Продольные трещины возникают как из-за наличия высокотемпературной хрупкости сплавов (горячие трещины), так и при замедленном разрушении металла (холодная трещина).

 

Продольные трещины в основном металле, смежном со сварным швом, возникающие из-за высокого напряжения, вызванного сжатием в сварном шве, называют скрытыми трещинами. Разрыв вызывается нарушением сцепления и связей вдоль рабочего направления основного металла. Трещины обычно проходят строго параллельно линии сплавления и внешне похожи на ступеньки.

 

 Большие сварочные напряжения, вызывающие скрытые трещины, в  большей или меньшей степени  присущи всем сварным соединениям,  особенно сварным швам больших  толщин. Основные причины, вызывающие  недопустимые сварочные напряжения, — это слишком жесткое соединение и несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки. С уменьшением сварочных напряжений уменьшается вероятность появления скрытых трещин.

 Для снижения уровня сварочных  напряжений необходимо:

во время сварки допускать небольшие  перемещения свариваемых частей;

по возможности использовать многопроходную сварку;

производить проковку каждого слоя наплавленного  металла;

отжигать  готовое изделие при температуре 590-650 °С, продолжительность отжига составляет по одному часу на каждые 25 мм толщины  основного металла;

применять сварочную технологию, снижающую  вероятность образования скрытых  трещин;

применять сварочную технологию, при которой  все свариваемые части имеют  неограниченную свободу перемещения;

при сварке сталей, склонных к образованию горячих и холодных трещин, производить наплавку высокопластичного промежуточного слоя, если это позволяет получаемая прочность соединения.

 

 

При сварке тавровых соединений при  толщине металла более 20 мм следует  учитывать, что двухсторонний сварной  шов вызывает меньшие напряжения, чем односторонний. Двухсторонний сварной шов без разделки кромок имеет меньшие напряжения в околошовной зоне, чем двухсторонний с разделкой кромок и полным проплавлением корня. Односторонний сварной шов с большой величиной катета следует заменять на двухсторонний с меньшим катетом. Изменение формы разделки углового соединения является наиболее эффективной мерой предупреждения образования скрытых трещин. Наплавка мягкой, высокопластичной прослойки на 15-25 мм шире сварного шва и толщиной 5-10 мм или наложение на одну из поверхностей разделки высокопластичных валиков за счет пластической деформации мягкой прослойки позволяет в значительной мере уменьшить напряжения в околошовной зоне.

 

Поперечная трещина — это трещина, ориентированная поперек оси  сварного шва. Поперечные трещины могут возникать в металле. Ориентация связана с направлением продольных компонент сварочных напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

 

 

Радиальные трещины — это трещины, радиально расходящиеся из одной точки. Трещины этого типа, расходящиеся в разные стороны, известны как звездоподобные трещины. Радиальные трещины могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется макроструктурой зон сварных соединений, а также характером внутренних напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

 

Трещина в кратере — это трещина  в углублении на поверхности шва  в месте отрыва дуги. Трещины могут  быть продольными, поперечными и звездообразными. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых и механических напряжений.

 

Раздельные трещины — это группа не связанных друг с другом трещин. Они могут возникать в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых, лик-вационных и механических напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

 

Разветвленные трещины — это группа трещин, возникающих из одной трещины. Они могут располагаться в  металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

 

Разновидности пор

 

Поры. Данный термин используется для  описания несплошностей глобулярной формы, полых по своей структуре. Подобные дефекты часто встречаются в металле сварных швов. По сути своей и по механизму образования очень напоминают включения, ибо являются результатом протекающих в сварочной ванне химических реакций. Поры отличаются от включений тем, что внутри пор чаще всего находится газ, а не твердое вещество, как у включений.

 

Источником появления газов, которые  содержатся в порах, являются газы, выделяющиеся из охлаждающегося металла  из-за уменьшения растворимости при  снижении температуры металла, и газы, образующиеся в результате химических реакций в металле сварного шва.

 

Пористость, за исключением случаев, когда она появляется в очень  больших количествах, как правило, не оказывает значительного влияния  на прочностные свойства сварных соединений.

 Появление в металле сварного  шва пор вызвано:

плохим качеством или неправильным подбором типа электродов;

неправильным выбором технологии сварки;

малым временем существования сварочной  ванны, газы не успевают выйти из расплавленного металла;

плохим качеством металла.

 

Слишком высокая температура увеличивает  сверх оптимального количество газа, растворенного в расплавленном  металле, что приводит к невозможности  выхода всего объема поглощенного металлом газа за время остывания шва. При  использовании повышенных токов для сварки покрытыми электродами может произойти избыточное выгорание раскисляющих элементов из покрытия электрода, что приводит к недостатку раскислителей, сохранившихся в металле шва, для взаимодействия с газами, содержащимися в расплавленном металле. Аналогичный эффект наблюдается при сварке с применением слишком большой длины дуги. Применение ряда мероприятий позволяет значительно снизить, а в некоторых случаях даже избежать образования пор и полостей в сварных швах. При сварке:

необходимо подбирать тип электродов, обеспечивающих получение качественных швов;

перемешивание жидкого металла  увеличивает время существования  сварочной ванны, что зачастую приводит к улучшению качества сварных  швов;

в сварных швах, выполненных в  виде серии узких валиков, наплавляемых без поперечных колебаний, обычно появляются цепочки пор; использование при сварке поперечных колебаний электрода часто устраняет пористость шва;

следует не допускать применения слишком  больших значений сварочного тока;

следует производить прокалку электродов перед сваркой;

при подозрении на плохое качество металла  проверить его на наличие сегрегации и включений.

 

 

Газовая полость — это полость произвольной формы, образованная газами, задержанными в расплавленном металле, которая не имеет углов. Газовая полость образуется в результате выделения газов при кристаллизации сварного соединения. Мелкодисперсные включения на поверхности границ раздела фаз служат центрами зарождения пузырьков газа.

Газовая пора — это газовая полость, обычно сферической формы, содержащая задержанный металлом газ. Поры образуются в результате перенасыщения жидкого металла газами, которые не успевают выйти на поверхность во время его быстрой кристаллизации.

 

Равномерно распределенная пористость — это группа газовых пор, распределенных равномерно в металле сварного шва (не путать с цепочкой пор). Сплошную пористость вызывает большое количество ржавчины и масла на кромках заготовок, а также влажный или крупный флюс.

Скопление пор — это группа газовых полостей (три или более), расположенных кучно с расстоянием между ними менее трех максимальных размеров большей из полостей. Вызывается локальным скоплением ржавчины или масла на кромках заготовок.

Холодные трещины при сварке

Факторы, влияющие на образование холодных трещин

1. Структурный фактор — наличие в структуре мартенсита или игольчатого бейнита. Ориентировочно минимальная доля мартенсита в структуре перлитных сталей, при которой возможно образование холодных трещин составляет 25-30%.

2. Силовой фактор — высокий уровень остаточных растягивающих напряже­ний в сварном соединении — определяемый жесткостью сварной конструкции, режимом сварки, термическим циклом сварки и другими причинами.

3. Водородный фактор — содержание и распределение водорода в металле сварного соединения после сварки. Водород наиболее заметно снижает сопротив­ляемость стали холодным трещинам в случае образования в сварных соединениях структуры низкоуглеродистого мартенсита (20X13), бейнита (14Х2ГМР) или смешанной бейннгно-мартенситной структуры. При структуре среднеуглероди­стого мартенсита (35ХГСН2А, 40XFC, 30X13) влияние водорода незначительно или практически отсутствует.

Отличительные признаки образования холодных трещин

1. Холодные трещины чаще образуются в околошовной зоне (ОШЗ), чем в металле шва.

Так как для предупреждения горячих трещин в металле шва сварка сталей с повышенным содержанием углерода производится низкоуглеродистой сварочной проволокой (Св-08, Св-08ГС и др.), то содержание углерода в шве значительно меньше, чем в ОШЗ. Металл шва поэтому менее склонен к закалке. В металле шва реже образуется мартенсит и бейнит. Образование холодных трещин в металле шва возможно в тех случаях, когда в шве образуются закалочные структуры: мартенсит и бейнит.

2. Холодные трещины образуются непосредственно после окончания сварки при охлаждении металла ниже 200-100 0С, а также после полного охлаждения сварного соединения в течении нескольких суток ( обычно до 2-х суток).

3. Холодные трещины чаще всего развиваются прерывисто (скачкообразно). Если в сварном соединении накопилась большая энергия упругой деформации, то после начального периода замедленного развития холодная трещина растет мгновенно (взрывообразно) и со значительным звуковым и механическим эффектом распространяется на все сечение соединения.

4. Поверхность излома холодных трещин блестящая, без следов высокотемпературного окисления (как у горячих трещин).

5. Траектория холодных трещин более прямолинейная, не извилистая как у горячих трещин. На шлифах видно, что холодная трещина проходит прямолинейно как по границам зерен, так и по зерну. Горячие трещины проходят только по границам зерен, поэтому они более извилистые.

Методы оценки сопротивляемости сталей образованию холодных трещин

1.1.Оценка с помощью технологических проб

1.1.1.Качественные технологические пробы.

Крестовая проба	Проба CTS

1. 1.2. Количественные пробы.

Каждая из качественных проб может быть переведена в разряд количественных. За критерий количественной оценки принимается температура предварительного подогрева или соответствующая ей скорость охлаждения, при которых не образуется холодных трещин.

Т₀,°С — температура подогрева, чем она больше, тем меньше скорость охлаждения W_охл, тем меньше образуется мартенсита.

Т0,°С	1 техн. вариант	2 техн. вариант		Wохл °C/c
20	холодные трепщны	холодные трещин		W1
50	холодные трещины	холодные трещин		W2
100	холодные трещины	холодные трещин		W3
150	холодные трепщны	нет		W4
200	холодные трещины	нет		W5
250	нет	нет		W6
300	нет	нет		W7

1 технологический вариант

требуемая Т₀=250°С

допускаемая W_охл = W_д = W₆

2 технологический вариант

требуемая Т₀=150°С

допускаемая W_охл = W_д = W₄

W₁> W₄> W₆> W₇

При сварке по 1 технологическому варианту больше склонность к образова­нию холодных трещин, так как для их предупреждения требуется более высокая температура подогрева и допускается меньшая скорость охлаждения, чем во 2 ва­рианте: W₆< W₄.

Поэтому, чем меньше допускаемая скорость охлаждения при сварке технологических проб, тем больше склонность к образованию холодных трещин.

В справочниках по сварке приводятся значения допустимых скоростей охла­ждения при сварке крестовой пробы W_{д(кр.пр)} и пробы CTS — W_д(cts):

Сталь 40Х W_д(cts) = 5,5°С/с W_{д(кр.пр)} = 2,5 °С/с

Сталь 23Г W_д(cts) = 17°C/c W_{д(кр.пр)} = 6 °С/с

Сталь 23Г менее склонна к холодным трещинам, чем 40Х

★ Горячие трещины — сварка .. Информация

Пользователи также искали:

горячие трещины при литье, горячие трещины при сварке нержавейки, горячие трещины в металле шва возникают из — за повышенного содержания, холодные трещины при сварке, когда образуются горячие трещины тест, причины образования холодных трещин, склонность к образованию горячих трещин, укажите причины образования горячих трещин, Горячие, горячие, трещины, Горячие трещины, трещин, горячих, образования, причины, сварке, образуются, холодные трещины при сварке, горячие трещины при литье, тест, возникают, повышенного, содержания, литье, холодные, нержавейки, укажите, склонность, образованию, холодных, металле, когда, причины образования холодных трещин, укажите причины образования горячих трещин, горячие трещины при сварке нержавейки, склонность к образованию горячих трещин, горячие трещины в металле шва возникают из — за повышенного содержания,

Презентация к уроку «Виды трещин сварных соединений»

ТЕМА УРОКА:

ВИДЫ ТРЕЩИН СВАНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Трещина — это несплошность, вызванная местным разрывом шва, которая может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.

Микротрещина — это трещина, имеющая микроскопические размеры, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении.

В зависимости от температуры, при которой образуются трещины, их условно подразделяют на горячие и холодные. Горячие трещины в сталях возникают при температуре, превышающей 1000 °С, а холодные — при более низкой. Трещины являются самым серьезным дефектом сварного соединения, как правило, не подлежащим устранению.

Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Они извилисты, в изломе имеют темный цвет, сильно окислены, распространяются по границам зерен .

Горячие трещины в околошовной зоне (а) и металле шва (б) сварного соединения

По современным представлениям горячие трещины вызываются действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зернами в процессе кристаллизации и деформациями укорачивания.

Причинами образования горячих трещин при сварке являются:

• большое количество вредных примесей (особенно серы и фосфора) в металле свариваемых заготовок;
• наличие в металле шва элементов, образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания (хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан) , нарушающие связь между зернами;
• жесткое закрепление свариваемых заготовок или повышенная жесткость сварного узла, затрудняющая перемещение заготовок при остывании.

Холодные трещины — это локальные меж- или транскристаллические разрушения сварных соединений, образующиеся в металле при остывании до относительно невысоких температур (как правило, ниже 200 °С) или при вылеживании готового изделия.

Холодная трещина в сварном соединении

Холодные трещины в шве и переходной зоне расположены под любым углом ко шву — в изломе светлые или со слабыми цветами побежалости и возникают, преимущественно, при дуговой сварке низколегированной стали большой толщины. Чаще всего трещины возникают в переходной зоне вследствие неправильной техники сварки или неправильно выбранного присадочного материала.

Для предупреждения образования холодных трещин применяют:

■ прокаливание флюсов и электродов перед сваркой;

■ предварительный подогрев свариваемых заготовок до 250… 450 °С;

■ ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;

■ наложение швов в правильной последовательности;

■ медленное охлаждение изделия после сварки;

■ проведение непосредственно после сварки смягчающего отжига для снятия остаточных напряжений.

Продольная трещина — это трещина, ориентированная параллельно оси сварного шва. Продольные трещины могут возникать в металле сварного шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещин в основном определяется очертаниями линии сплавления основного металла и шва.

Продольные трещины в металле сварного шва (а, б) и в зоне термического влияния (в, г) 1 — зона термического влияния

Продольные трещины возникают как из-за наличия высокотемпературной хрупкости сплавов (горячие трещины), так и при замедленном разрушении металла (холодная трещина). Продольные трещины в основном металле, смежном со сварным швом, возникающие из-за высокого напряжения вызванного сжатием в сварном шве, называют скрытыми трещинами.

Скрытые трещины, вызванные сжатием в основном металле углового (а) и таврового (б) соединений

Поперечная трещина — это трещина, ориентированная поперек оси сварного шва . Поперечные трещины могут возникать в металле сварного шва, в зоне термического влияния в основном металле. Ориентация связана с направлением продольных компонент сварочных напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

Поперечные трещины в металле сварного шва

Радиальные трещины — это трещины, радиально расходящиеся из одной точки. Радиальные трещины могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется макроструктурой зон сварных соединений, а также характером внутренних напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

Трещина в кратере — это трещина в углублении на поверхности шва в месте отрыва дуги. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых и механических напряжений.

Продольная (а), поперечная (б), звездообразная (в)

Раздельные трещины — это группа не связанных друг с другом трещин. Они могут возникать в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

Разветвленные трещины — это группа трещин, возникающих из одной трещин. Они могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещины определяется микроструктурой зон сварных соединений, а также характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причина их возникновения такая же, что и у продольных трещин.

Разветвленные трещины

Общими причинами появления трещин являются:

■ слишком высокая жесткость соединений;

■ слишком малый размер сварного шва для данной толщины соединения;

■ несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки;

■ дефекты в сварном шве;

■ неправильная подготовка соединения под сварку;

■ неудовлетворительное качество или неправильный выбор типа электродов;

■ использование повышенных значений сварочного тока, которое может привести к появлению крупнозернистых охрупченных участков структуры;

■ высокое содержание углерода или легирующих элементов в основном металле, не учтенное при выборе технологии сварки.

Для предупреждения образования трещин в швах сварных соединений необходимо:

■ разрабатывать металлоконструкции и технологию сварки, которые позволяют исключить применение соединений с высокой жесткостью;

■ при сварке изделий достаточно большой толщины увеличивать размеры сварных швов;

■ не допускать при сварке узких валиков производить сварку полноразмерным швом короткими участками по 200…250 мм;

■ выбирать последовательность выполнения сварных швов такой, чтобы максимально долго оставлять не заваренными концевые участки соединения с тем, чтобы они обладали максимально возможной подвижностью; ■ обеспечить сплошность и хорошее сплавление сварных швов; ■ в некоторых случаях обеспечить предварительный подогрев свариваемых частей; ■ сборку соединений производить с одинаковым и требуемым по технологии зазором, при необходимости для выравнивания зазора применять стягивающие сборочные приспособления;

■ не допускать при сварке завышенных по сварочному току режимов сварки; ■ по возможности сварной шов делать многопроходным, так как однопроходные швы могут быть более хрупкими, а в многопроходных швах происходит отжиг каждого предыдущего слоя; ■ разделку заполнять сразу после завершения сварки корня шва, так как воздействию напряжения чаще всего подвергается область корневого шва.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Проработать изученный материал по конспекту и с помощью других, рекомендованных источников информации

Трещинообразование при сварке . Сварочные работы. Практическое пособие

Отсутствие холодных или горячих трещин при сварке является основной характеристикой свариваемости. Трещины, образующиеся при температурах выше 800–900 °C, называются горячими, а при температурах ниже 300 °C – холодными.

Холодные трещины образуются под влиянием закалочных явлений, присутствия атомов водорода и остаточных растягивающих напряжений. Чувствительность сварного соединения к образованиям холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода в детали. Для этого используют эмпирические формулы, из которых наиболее распространенная[21] имеет вид:

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr+V+Mo)/5 + (Ni+Cu)/15,

где С, Мn, Cr, V, Mo, Ni, Сu – массовые доли углерода, марганца, кремния, ванадия, молибдена, никеля и меди, %.

При Сэкв ? 0,45 – свариваемость хорошая для легированных сталей.

При Сэкв ? 0,49 – свариваемость хорошая для низкоуглеродистых сталей.

При Сэкв > 0,45 до 0,5 – свариваемость удовлетворительная, но сталь склонна к образованию холодных трещин и необходим предварительный подогрев свариваемого изделия до температуры Т = 350(Собщ – 0,25)^?, где Собщ – общий эквивалент углерода, зависящий от Сэкв и толщины S свариваемых деталей: Собщ = Сэкв(1 + 0,005S).

При Сэкв > 0,5 до 0,6 – свариваемость ограниченная, требуются подогрев и отжиг, или нормализация.

При Сэкв > 0,6 до 0,8 – свариваемость плохая.

Пример. Допустим, нужно определить возможность сварки деталей толщиной 5 мм из стали 40ХН.

Для этого понадобится справочник по маркам сталей. Для стали 40ХН содержание С = 0,36–0,44; Mn = 0,5–0,8; Cr = 0,45–0,75; Ni = 1–1,4; Cu ? 0,3; ванадий и молибден не содержатся.

Для расчета возьмем средние значения химических элементов в этой стали.

Сэкв=0,4+0,65/6+0,6/5+1,4/15 ? 0,72 > 0,45. Следовательно, детали перед сваркой необходимо нагревать.

Собщ = 0,72(1+0,005 ? 5) ? 0,74. Таким образом, детали нужно нагреть перед сваркой до температуры Т=350(0,74–0,25)^? ? 245 °C.

Формул для определения Сэкв существует около десятка, и достоверность их, в принципе, весьма относительная, так как формулы эти эмпирические, т. е. без вывода. Вот некоторые из них:

1. Рекомендованная ГОСТ 27772–88 формула для всех сталей:

Сэкв = С+ Mn/6 + Si/24 + Cr /5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2.

2. Уточненная формула для всех сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Mo/4 + V/5.

3. Для малоуглеродистых сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + 0,024S, где S – толщина свариваемой кромки (наибольшей).

4. Для легированных сталей:

Сэкв = С + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10 + 0,024S, где S – толщина металла.

5. Для различных сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/3 + Ni/15 + V/5.

Во всех формулах количество указанного элемента дается в процентном содержании, затем выполняется вычисление.

В процессе кристаллизации металла шва в ЗТВ могут возникать горячие трещины. Они проходят по границам кристаллитов и вызывают межкристаллитное разрушение. Чувствительность сварного соединения к образованию горячих трещин (HCS) вычисляют по формуле:

При HCS < 4 горячие трещины не образуются. Для высокопрочных сталей коэффициент HCS должен быть менее 1,6–2,0.

Причины образования холодных трещин при сварке сталей и сплавов

Виды трещин при сварке

Наиболее распространенным видом холодных трещин в сварных соединениях являются изломы. Отрывы встречаются не так часто и относятся к тем металлам, у которых имеется аустенитная структура. По своему месту расположения их разделяют на несколько подвидов:

• Поперечные, которые располагаются перпендикулярно шву и имеют относительно небольшую длину;
• Продольные, которые пролегают вдоль основного шва и имеют, как правило, достаточно большую длину;
• В зоне термического влияния, что может находиться даже внутри металла и трудно обнаруживается визуальным осмотром.

Часто трещины образуются из микроскопических дефектов, которые под действием напряжения разрастаются в течение нескольких дней или часов. Сложных швах, таких как двухсторонние, вариантов размещений трещин становится больше. Самыми распространенными вариантами являются такие:

• Поперечные;
• Трещины, которые находятся внутри, или на соединении двух швов, верхнего и нижнего;
• Подваликовая трещина, которая располагается на нижней кромке соединения сварочного металла и металла заготовки;
• Продольная трещина на границе шва и металла.

Причины образования холодных трещин

Холодные трещины при сварке

Главная / Библиотека / Качество сварки / Холодные трещины при сварке

Холодные трещины являются типичным дефектом сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Они образуются в сварных соединениях при охлаждении их до относительно невысоких температур, как правило, ниже 200 °С. Отличительной чертой холодных трещин является их задержанное зарождение и замедленное развитие.

При выборе стали для сварной конструкции риск образования холодных трещин может быть оценен с помощью расчета углеродного эквивалента Сэкв, характеризующего степень легирования стали. Разными исследователями эмпирически установлено более десятка выражений Сэкв для отдельных групп сталей.

Разработаны многочисленные технологические пробы, достаточно хорошо отражающие поведение сталей при сварке. Эти пробы позволяют оценивать комплексное влияние факторов, обусловливающих образование трещин. У большинства из них критерии стойкости к трещинам имеют качественный характер.

Чувствительность к образованию холодных трещин зависит от микроструктуры стали. Например, двойниковый мартенсит более чувствителен к охрупчиванию по сравнению с самоотпускающимся низкоуглеродным мартенситом.

Образование трещин зависит от содержания водорода в сварном шве: чем больше концентрация водорода, тем более выраженным становится растрескивание.

Нормальная температура наиболее благоприятна для образования холодных трещин: как при снижении температуры, так и при ее повышении трещины образуются со значительно меньшей вероятностью.

Образование трещин зависит от внутренних напряжений, возникающих в сварном соединении после завершения сварки, и их распределения. При наличии внешней нагрузки напряжения, которые она создает, суммируются с внутренними.

Холодное растрескивание зависит от скорости деформации сварного соединения: чем выше скорость нагружения, тем менее выраженным становится охрупчивание.

Главным звеном механизма водородного охрупчивания является поведение зародышевой микротрещины, возникающей в процессе деформации, в присутствии водорода.

Локализация отрицательного заряда на адсорбированных атомах водорода приводит к снижению уровня нормального напряжения, необходимого для перехода микротрещины к автокаталитическому распространению в поле напряжений, что на макроуровне воспринимается как эффект охрупчивания.

Водородная хрупкость конструкционных сталей — это явление многомасштабное и одновременно реализуется на разных уровнях: атомном, дислокационном, микроструктурном, макроскопическом.

В реальной структуре сталей наиболее важными факторами водородной хрупкости являются эволюция дислокационной структуры при пластической деформации, а также свойства границ зерен, частиц второй фазы, неметаллических включений. Особая роль дислокаций в механизме водородной хрупкости обусловлена тем, что их перемещение является основным механизмом пластической деформации и одновременно — наиболее эффективным способом транспортирования водорода в объеме металла.

Неметаллические включения, в зависимости от их связи с матрицей, могут действовать с самого начала деформирования как трещины, а хрупкие включения могут сами инициировать зарождение острых трещин.

Водород в металле шва и зоне термического влияния действует на равновесие субмикротрещины, так как снижает удельную энергию поверхности субмикротрещины. Роль давления водорода в полости субмикротрещины в возникновении ее неустойчивости сравнительно невелика.

Снижение напряжения хрупкого разрушения, инициируемого субмикротрещиной, возникающей по дислокационной схеме, пропорционально уменьшению удельной поверхностной энергии металла под влиянием водорода.

Образование холодных трещин при сварке конструкционных сталей — процесс сложный и специфический. Значительную роль в этом процессе играет водород, находящийся в металле шва и зоне термического влияния.

Понизить восприимчивость сварного соединения к холодному растрескиванию можно путем введения в металл шва ловушек водорода. Ловушками водорода являются различные структурные дефекты, такие, как вакансии, растворенные атомы, дислокации, границы зерен и фаз, микро- и макропоры, неметаллические включения, частицы второй фазы и т. п. Полезно введение в металл шва редкоземельных элементов. Соединения этих элементов сорбируют водород, освобождая от него матрицу металла. Ловушками водорода могут быть мелкодисперсные равномерно распределенные в структуре стали неметаллические включения, а также остаточный аустенит.

По материалам: Походня И.К. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металла с газами

← Способы оценки свариваемости металлов и их сплавов

Поделиться ссылкой:

Причины образования холодных трещин при сварке

В качестве распространенных причин образования можно выделить три основные фактора:

1. В зоне термического влияния или непосредственно в самом шве микроструктура металла должна быть сильно чувствительной к воздействию водорода. Такой восприимчивостью обладает мартенситная структура. Она образуется при сварке сталей повышенной прочности.
2. В зоне, где имеется термическое влияние, должен образовываться диффузный водород, который может проникать в околошовную зону на шве.
3. В зоне термического влияния также должно присутствовать растягивающее напряжение.

Виды горячих трещин при сварке

Все виды несплошностей относятся к дефектам, отрицательно отражающихся на прочности соединений. Природа холодных и горячих трещин при сварке различная. Холодные появляются при остывании в результате возникающих внутренних напряжений. Горячие – следствие межкристаллических разрушений. Обычно имеют вид надрезов или несплошностей, различают макро- и микродефекты. Горячие трещины темного цвета (за счет окислов), извилистой формы. По локализации разделяются на две группы:

• растрескивания в зоне термического влияния;
• дефекты в металле сварного шва.

Виды горячих трещин при сварке
Околошовные бывают нескольких видов:

• Кристаллизационные длинные, обычно раскрытые, не имеют заметных ответвлений. Зависят от двух параметров, влияющих на структуру стали:

формы затвердевания ванны расплава, с краев обычно образуются мелкие зерна, затем крупные столбчатые растут перпендикулярно оси;

размера угла между кристаллитами в поликристаллической структуре, они постепенно смыкаются.

Кристаллизационные горячие ратсрескивания бывают внутренними (выявляются методами неразрушающего контроля) и выходящими на поверхность, определяемыми визуально.

• Ликвиационные горячие трещины связаны с неоднородностью химического состава. По виду мелкие, образуются в местах, где близко расположены столбчатые кристаллы. Зависят от химического состава, наличия тугоплавких легирующих элементов. Деформационная способность структуры также снижается за счет миграции примесей и загрязнений в пространство между зернами, формируются неметаллические включения. При кристаллизации легированных сталей тугоплавкие частицы становятся центром образования кристаллов.
• Деформацонные, связанные с неравномерностью усадки.

Образование трещин при сварке

Трещина — это несплошность, вызванная местным разрывом шва, которая может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок. Микротрещина — это трещина, имеющая микроскопические размеры, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении. В зависимости от температуры, при которой образуются трещины, их условно подразделяют на горячие и холодные. Горячие трещины в сталях возникают при температуре, превышающей 1000 °С, а холодные — при более низкой. Трещины являются самым серьезным дефектом сварного соединения, как правило не подлежащим устранению.

Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Они извилисты, в изломе имеют темный цвет, сильно окислены, распространяются по границам зерен. По современным представлениям горячие трещины вызываются действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зернами в процессе кристаллизации и деформациями укорачивания.

В интервале температур плавления и полного затвердевания происходит миграция примесей и загрязнений в межзеренные пространства. Наличие между зернами жидкой фазы, примесей и загрязнений снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Неравномерность линейной и объемной усадок шва и основного металла при охлаждении приводит к возникновению внутренних напряжений, являющихся причиной появления микро- и макроскопических трещин как вдоль, так и поперек шва.

Причинами образования горячих трещин при сварке являются:

большое количество вредных примесей (особенно серы и фосфора) в металле свариваемых заготовок;

наличие в металле шва элементов, образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания (хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан), нарушающие связь между зернами;

жесткое закрепление свариваемых заготовок или повышенная жесткость сварного узла, затрудняющая перемещение заготовок при остывании.

Холодные трещины — это локальные меж- или транскристаллические разрушения сварных соединений, образующиеся в металле при остывании до относительно невысоких температур (как правило, ниже 200 °С) или при вылеживании готового изделия. Холодные трещины в шве и переходной зоне расположены под любым углом ко шву — в изломе светлые или со слабыми цветами побежалости и возникают преимущественно при дуговой сварке низколегированной стали большой толщины. Чаще всего трещины возникают в переходной зоне вследствие неправильной техники сварки или неправильно выбранного присадочного материала. Для предупреждения образования холодных трещин применяют:

прокаливание флюсов и электродов перед сваркой;

предварительный подогрев свариваемых заготовок до 250-450 °С;

ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;

наложение швов в правильной последовательности;

медленное охлаждение изделия после сварки;

проведение непосредственно после сварки смягчающего отжига для снятия остаточных напряжений.

Общими причинами появления трещин, как горячих, так и холодных, в швах сварных соединений являются:

слишком высокая жесткость соединений;

слишком малый размер сварного шва для данной толщины соединения;

несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки;

дефекты в сварном шве;

t неправильная подготовка соединения под сварку;

неудовлетворительное качество или неправильный выбор типа электродов;

использование повышенных значений сварочного тока, которое может привести к появлению крупнозернистых охрупченных участков структуры;

высокое содержание углерода или легирующих элементов в основном металле, не учтенное при выборе технологии сварки.

Для предупреждения образования трещин в швах сварных соединений необходимо:

разрабатывать металлоконструкции и технологию сварки, которые позволяют исключить применение соединений с высокой жесткостью;

при сварке изделий достаточно большой толщины увеличивать размеры сварных швов;

не допускать при сварке узких валиков, производить сварку полноразмерным швом короткими участками по 200-250 мм;

выбирать последовательность выполнения сварных швов такой, чтобы максимально долго оставлять незаваренными концевые участки соединения, с тем чтобы они обладали максимально возможной подвижностью;

обеспечить сплошность и хорошее сплавление сварных швов;

в некоторых случаях обеспечить предварительный подогрев свариваемых частей;

сборку соединений производить с одинаковым и требуемым по технологии зазором, при необходимости для выравнивания зазора применять стягивающие сборочные приспособления;

не допускать при сварке завышенных по сварочному току режимов сварки;

по возможности сварной шов делать многопроходным, так как однопроходные швы могут быть более хрупкими, а в многопроходных швах происходит отжиг каждого предыдущего слоя;

разделку заполнять сразу после завершения сварки корня шва, так как воздействию напряжения чаще всего подвергается область корневого шва.

Причины образования

Определить природу образования любых горячих трещин при сварке можно, зная механизм затвердевания металлов, способы формирования металлической структуры. Рассмотрим от чего появляются разрывы и несплошности.

Наглядно горячие трещины в сварных соединениях

Ликвиационные часто появляются при сварке:

• Конструкционных сплавов, содержащих сульфиты. Растворяясь, неорганические соли формируют пленки в зоне термического влияния в районе границы зерен. Особенно склонны к формированию горячих трещин марки стали, содержащие S (серу), P (фосфор). Эти вредные примеси при сварке ухудшают качество швов.
• Сплавы, в состав которых входит Ti (титан), Nb (ниобий), V (ванадий), W (вольфрам), Cr (хром), Mo (молибден) и другие легирующие металлы с низкой температурой отвердевания, при кристаллизации образуют дендриты разной формы. Легкоплавкие элементы кристаллизуются на стыке границ дендритов в последнюю очередь. Нарушаются межкристаллические связи, возникают структурные напряжения.

От величины первичных кристаллитов металлов зависит способность к образованию горячих трещин в процессе сварки. Скорость растягивающих напряжений зависит от температуры.

Из-за низкого относительного удлинения горячие трещины формируются при сварке аустенитных легированных сталей. При жесткой фиксации заготовок для сварки затрудняется структурная деформация.

Кристаллизационные формируются при неправильном выборе технологии, если не учитывается высокое содержание неметаллов и легирующих элементов. Когда превышены значения сварочного тока, возникают крупнозернистые области, приводящие к формированию внутренних напряжений между растущими кристаллитами.

К внешним причинам горячих растрескиваний относятся примеси, появляющиеся в структуре металла в процессе сваривания. Внутренние связаны с сегрегацией – неравномерным распределением микрофаз, легирующих присадок, примесей.

Устранение трещины

Единственно возможный метод борьбы с горячими трещинами – снова проварить металл. До этого дефект вырезается. Технология регламентируется ГОСТ 5264-80 (ММА, MIG/MAG, TIG сварка), ГОСТ 1153-75 (сварка полуавтоматами и автоматами).

Реставрации подлежат участки, где обнаружены внутренние или внешние дефекты. Некоторые структурные нарушения в области термического влияния и сварного соединения устранить невозможно. Явный брак приходится вырезать участками полностью.

Зная причины образования горячих растрескиваний, специалисты тщательно подбирают электроды или присадочную проволоку, следят за технологией. Гораздо проще избежать дефектов, чем устранять их.

Как снизить вероятность возникновения

Чтобы снизить риск горячего растрескивания, важно проверять качество сварных заготовок. Некоторые внутренние дефекты формируются при кристаллизации расплава, нарушении технологии раскисления. Избежать горячих трещин при сварке можно, соблюдая температурный режим, следить за кристаллизацией шовного валика. Большое значение имеет соотношение концентрации серы и кислорода. Чем оно выше, тем лучше качество соединений. При снижении соотношения S/О на границе формирующихся зерен образуются пленки, которые, проникая в жидкую фазу, приводят к внутренним дефектам.

К способам устранения вредных факторов относятся:

• Отжиг готовых соединений, изменяется структура зерен в шве, зоне термического влияния, становится однородной, устраняются внутренние напряжения;
• некоторые металлы в процессе кристаллизации прогревают, чтобы снизить скорость охлаждения, минимизируется риск образования областей жидкой фазы внутри шва;
• электроды предварительно прокаливают, детали предварительно нагревают (температура зависит от вида металла).

Требуется соблюдать требования, правила и нормативы, токовые режимы, скорость формирования шовного валика. При выборе оптимальной температуры нагрева технологи учитывают особенности химического состава сталей, алюминиевых и цветных сплавов.

Методы предотвращения появления горячих трещин

Предупреждая образование горячих трещин, при разработке технологии учитывают особенности кристаллизации металлов. Основные способы снижения риска дефектов:

• исключить жесткие соединения;
• увеличить размер шовного валика при соединении толстостенных заготовок;
• варить металл короткими участками, делая широкий шов;
• при круговой сварке, соединении длинных заготовок оставлять детали подвижными максимальное время, заделывать концевые стыки в последнюю очередь;
• не завышать ампераж;
• делать много проходов с промежуточным отжигом;
• внимательно проваривать корневую область, дефекты формируются именно там.

Основные вопросы сварки

Сварка сопровождается комплексом одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния, термодеформационные плавления, металлургической обработки и кристаллизации металла в объёме сварочной ванны в зоне сплавления.

Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам.

В процессе сварки происходит непрерывное охлаждение. Характер структурных превращений при этом отличается от случая распада аустенита при изотермической выдержке. При непрерывном охлаждении значение инкубационного периода в 1,5 раза больше, чем при изотермическом. С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается, твёрдость её повышается. Если скорость охлаждения превышает критическую, образование структур закалки неизбежно.

Закалённые структуры в аппаратостроении являются крайне нежелательными: отличаются высокой твёрдостью, хрупкостью, плохо обрабатываются, склонны к образованию трещин.

Если скорость охлаждения ниже критической, образование закалочных структур исключается. В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные, хорошо обрабатываемые структуры типа перлита или сорбита. Поэтому получение качественных соединений непременно связано с достижением желаемых структур в основном регулированием скорости охлаждения.

Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным средством исключения закалочных структур. Поэтому он служит в качестве предварительной термической обработки сварных соединений (нагрев до сварки и в процессе). Меняя скорость охлаждения, можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния.

В некоторых случаях появляется необходимость увеличения скорости охлаждения. Путём её ускорения удаётся измельчить зерно, повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния. С этой целью находит применение метод сопутствующего охлаждения. Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны дуги охлаждается водой или воздушной смесью, что способствует получению крутой ветви скорости охлаждения.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ СВАРНОГО ШВА

Термин “технологическая прочность” применяется для характеристики прочности конструкции в процессе её изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов. Это один из важных показателей свариваемости стали.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ОЦЕНИВАЕТСЯ ОБРАЗОВАНИЕМ ГОРЯЧИХ И ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН

1. Горячие трещины

Это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния. Возникают в твёрдо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.

Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва. Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов) FeS с температурой плавления 1189 °С и NiS с температурой плавления 810 °С. В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.

Вторая причина образования горячих трещин – высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затруднённой усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а также при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработке, структурной и механической концентрации деформации.

2. Холодные трещины

Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 °С или в течение нескольких последующих суток. Имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.

Основные факторы, обуславливающие их появление:

а) Образование структур закалки (мартенсита и бейнита) приводит к появлению дополнительных напряжений, обусловленных объёмным эффектом.

б) Воздействие сварочных растягивающих напряжений.

в) Концентрация диффузионного водорода. Водород легко перемещается в незакалённых структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается: он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.

Углеродистые стали: сварка и сопутствующие ей процессы.

Сплавы Fe и С, где процентное содержание углерода не превышает 2,14 %, называют углеродистыми сталями. Углерод оказывает сильное влияние на свойства сталей.

Наличие других элементов обусловлено:

1. Технологическими особенностями производства — Mn, Si — для устранения вредных включений закиси железа, FeO и FeS. Вокруг оторочки сернистого железа, начиная с 985 °С, происходит оплавление, что ведёт к снижению технологической прочности сварного шва. Температура плавления MnS составляет 1620 °С, кроме того, он пластичен.

2. Невозможностью полного удаления из металла (S, P, N, H).

3. Случайными причинами (Cr, Ni, Cu и другие редкоземельные металлы) Углеродистые стали составляют основную массу сплава Fe-C, до 95 % аппаратуры и оборудования изготавливают именно из них.

В отечественной промышленности наиболее широко применяют стали с содержанием углерода до 0,22 %, редко от 0,22 до 0,3 %.

Структурно-фазовые превращения углеродистых сталей определяются диаграммой состояния Fe-C. В нормализованном состоянии имеют феррито-перлитную структуру. С точки зрения кинетики распада аустенита, у углеродистых сталей происходит превращение аустенита в перлит (второе основное превращение).

В зависимости от температуры, степени, скорости охлаждения феррито-цементитной смеси получается различной степени дисперсионный перлит, сорбит, бейнит, троостит.

Низколегированные стали повышенной прочности

К низколегированным относят стали, содержащие в своём составе до 2 % легирующих элементов каждого в отдельности и до 5 % суммарно (Mn, Si, Cr, Ni). Содержание углерода, как и у углеродистых сталей, не превышает 0,22 %. Содержание S и P в низколегированных сталях такое же, как в качественных.

При сварке кинетика распада аустенита такая же, как и углеродистых сталей. При охлаждении на воздухе получается феррито-перлитная структура. Поэтому низколегированные стали повышенной прочности относят к хорошо свариваемым.

Однако легирующие элементы существенно снижают критическую скорость охлаждения. При содержании в верхнем пределе и высоких скоростях охлаждения возможно подавление перлитного превращения и появления промежуточных и закалочных структур.

При уменьшении погонной энергии сварки и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоне термического влияния возрастает вероятность распада аустенита с образованием закалочных структур. При этом будет увеличиваться вероятность образования холодных трещин и склонность к хрупкому разрушению.

При повышенных погонных энергиях наблюдается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая феррито-перлитная структура видманштеттового типа с пониженной ударной вязкостью.

Выбор тепловых режимов в основном преследует цель недопущения холодных трещин. Одним из самых технологичных средств, снижающих вероятность их появления, является подогрев, температура которого определяется в зависимости от эквивалента углерода и толщины свариваемого проката. Необходимая температура подогрева возрастает с увеличением легированности стали и толщины свариваемого проката.

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ЖАРОПРОЧНЫЕ ПЕРЛИТНЫЕ

Хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ предназначены для работы в диапазоне температур -40… +560 °С. В основном используются при температурах +475…+560 °С. Их применение обусловлено низкой стоимостью и достаточно высокой технологичностью при изготовлении сварных конструкций и производстве отливок, поковок.

На участках, нагретых выше точки Ас(3), возможно образование мартенсита и троостита. Реакция стали на термический цикл сварки характеризуется разупрочнением в зоне термического влияния в интервале температуры Ас(3) — Т (0), который объясняется процессами отпуска. Протяжённость разупрочненного участка увеличивается при больших значениях погонной энергии сварки.

Мягкая разупрочненная прослойка может явиться причиной локальных разрушений сварных соединений в процессе эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках.

Устранение разупрочнения осуществляется последующей термической обработкой с фазовой перекристаллизацией в печах (объёмная термическая обработка).

Образование обезуглероженной (ферритной) прослойки – это специфический показатель свариваемости, присущий этим сталям. В процессе последующей эксплуатации при температурах 450-600 °С происходит миграция углерода из металла шва в основной металл, или наоборот, когда имеет место различие в их легировании карбидообразующими элементами.

СТАЛИ СИСТЕМЫ FE-C-CR (ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ)

Хром — основной легирующий элемент. Он придаёт сталям ценные свойства: жаропрочность, жаростойкость (калиностойкость, коррозионную стойкость). Чем больше содержание хрома, тем более высокой коррозионной стойкостью обладает сталь. Такое влияние хрома объясняется его способностью к самопассивированию даже в естественных условиях и образованию плотных газонепроницаемых оксидных плёнок при высоких температурах.

1. Специфика свариваемости сталей типа 15Х5М

Склонность к закалке осложняет технологический процесс выполнения сварочных работ. В зоне термического влияния образуются твёрдые прослойки, которые не устраняются даже при сварке с подогревом до 350-400 °С. Для полного их устранения необходимо применение дополнительных мер. Небольшая скорость распада хромистого аустенита, вызывающая склонность к закалке на воздухе, и фазовые превращения мартенситного характера снижают стойкость сталей к образованию трещин. Применение закаливающих на воздухе сталей для изготовления сварного оборудования приводит к образованию в соединениях механической неоднородности.

Заключается она в различии свойств характерных зон сварного соединения, является следствием, с одной стороны, неоднородности термодеформационных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой – применения технологии сварки с отличающимися по свойствам сварочными материалами из-за необходимости обеспечения технологической прочности.

В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ПРИМЕНЯЕТСЯ ДВА ВИДА СВАРКИ:

1. Сварка однородными перлитными электродами, близкими по составу к основному металлу. При этом металл шва и зона термического влияния приобретают закалённую структуру, и образуется широкая твёрдая прослойка.

2. С применением аустенитных электродов. Поскольку аустенитные материалы не склонны к закалке, твёрдые прослойки образуются только в зоне термического влияния.

ХРОМИСТЫЕ МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫЕ СТАЛИ

У стали марки 08Х13 с содержанием углерода 0,08 %, термокинетическая диаграмма распада аустенита имеет две области превышения: в интервале 600-930 °С, соответствующем образованию феррито-карбидной структуры, и 120-420 °С — мартенситной. Количество превращённого аустенита в каждом из указанных температурных интервалов зависит, главным образом, от скорости охлаждения. Например, при охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превращение аустенита происходит преимущественно в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420 °С. Повышение скорости охлаждения стали до 10 °C/c способствует переохлаждению аустенита до температуры начала мартенситного превращения (420 °С) и полному его бездиффузионному превращению. Изменения в структуре, обусловленные увеличением скорости охлаждения, сказываются и на механических свойствах сварных соединений. С возрастанием доли мартенсита наблюдается снижение ударной вязкости.

Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в область более низких температур границы превращения мартенсита. У сталей с содержанием углерода 0,1- 0,25 % в результате этого полное мартенситное превращение имеет место после охлаждения со скоростью ~1 °С/c.

С точки зрения свариваемости, мартенситно-ферритные стали являются “неудобными” в связи с высокой склонностью к подкалке в их сварных соединениях. Подкалка приводит к образованию холодных трещин, склонность к образованию которых зависит от характера распада аустенита в процессе охлаждения. В случае формирования мартенситной структуры ударная вязкость сварных соединений 13 %-ных хромистых сталей снижается до 0,05-0,1 МДж/м. Последующий отпуск при 650-700 °С приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов, в результате чего тетрагональность мартенсита уменьшается. После отпуска ударная вязкость возрастает до 1 МДж/м2. С учётом такой возможности восстановления ударной вязкости большинство марок хромистых сталей имеет повышенное содержание углерода для предотвращения образования значительного количества феррита в структуре. Таким образом удаётся предотвратить охрупчивание стали. Однако при этом наблюдается ухудшение свариваемости вследствие склонности сварных соединений к холодным трещинам из-за высокой хрупкости околошовного металла со структурой пластинчатого мартенсита.

АУСТЕНИТНЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Содержат в своём составе Cr, Ni, C. По реакции на термический цикл хромоникелевые стали относят к хорошо свариваемым. При охлаждении они претерпевают однофазную аустенитную кристаллизацию неперлитного распада, тем более мартенситного превращения при этом не происходит.

Характерным показателем свариваемости хромоникелевых сталей является межкристаллитная коррозия (МКК).

МКК развивается в зоне термического влияния, нагретой до температур 500-800 °С (критический интервал температур).

При пребывании металла в опасном (критическом) интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома Cr(4)C, что приводит к обеднению приграничных участков зерен аустенита хромом, который определяет коррозионную стойкость стали. В этих участках развивается коррозия, которая называется межкристаллитной и имеет опасные последствия – может вызвать хрупкие разрушения конструкций в процессе эксплуатации.

Чтобы добиться стойкости стали против межкристаллитной коррозии, нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов. т. е. стабилизировать свойства стали.

АУСТЕНИТНО — ФЕРРИТНЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ

Относятся к группе хорошо свариваемых сталей. Они стойки к образованию горячих трещин против межкристаллитной коррозии.

Специфичным моментом свариваемости является их повышенная склонность к росту зерна. Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее количество феррита. Последующим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура. Размеры зерна и количество феррита, а также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки, соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву. Соотношение количества структурных составляющих (гамма — и альфа-фаз) в исходном состоянии в значительной степени зависит от содержания в стали Ti. Количество титана в стали также определяет устойчивость аустенитной фазы против гамма- и альфа-превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ti, тем чувствительней сталь к перегреву. Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба сварных соединений аустенитно- ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие титан, такие, как 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ АППАРАТУРЫ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

Специфическими показателями свариваемости разнородных сталей являются процессы диффузии и разбавления.

Наибольшую опасность представляет диффузия С в сторону высоколегированной стали, где большая концентрация Cr или других карбидообразующих элементов.

Разбавление происходит при перемешивании свариваемых сталей и присадочного материала в объёме сварочной ванны.

Более легированная сталь разбавляется менее легированной. Степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих разнородное сварное соединение.

Общие сведения о металлургических процессах при сварке в инертных газах.

Сварку сталей осуществляют обычно под флюсом, в среде оксида углерода (IV), но бывают случаи, когда целесообразно применять аргонно-дуговую сварку – например, для упрочнения средне- и высоколегированных сталей.

Низкоуглеродистые низколегированные стали, особенно кипящие, склонны к пористости вследствие окисления углерода:

Fe(3)C + FeO = 4Fe + CO;

Этот процесс идёт за счёт кислорода, накопленного в сталях во время их выплавки, но может возникать за счёт примеси к Ar марок В и Г, за счёт влажности газа и содержащегося в нём кислорода.

Для подавления этой реакции в сварочной ванне нужно иметь достаточное раскислителей (Si, Mn, Ti), т. е. использовать сварочные проволоки Св08ГС или Св08Г2С. Можно снизить пористость путём добавки к аргону до 50 % кислорода, который, вызывая интенсивное кипение сварочной ванны, способствует удалению газов до начала кристаллизации. Добавка кислорода к аргону снижает также критическое значение сварочного тока, при котором осуществляется переход от крупнокапельного переноса металла в дуге к струйному, что повышает качество сварки.

Среднелегированные углеродистые стали обычно содержат в своём составе достаточное количество активных легирующих компонентов для подавления пористости, вызываемой окислением углерода. Это обеспечивает плотную структуру шва, а состав шва соответствует основному металлу, если электродные проволоки имеют так же близкий состав.

Аустенитные коррозионностойкие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т и др.) хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся, так и неплавящимся электродом. При сварке этих сталей обычно не требуется каких-либо дополнительных мероприятий, но аустенитно- мартенситные стали очень чувствительны к влиянию водорода, который их сильно охрупчивает и даёт замедленное разрушение в виде холодных трещин.

Cold Crack — обзор

XI.C Cold Cracking

Холодное растрескивание сварных швов происходит при температурах, близких к температуре окружающей среды. Различие между холодным растрескиванием и растрескиванием при промежуточной температуре зависит не столько от температуры, при которой происходит растрескивание, сколько от природы процесса растрескивания. Растрескивание при промежуточных температурах является результатом эффектов выделения или сегрегации растворенных веществ на границах зерен, что приводит к межкристаллитному растрескиванию. Такое осаждение или сегрегация растворенных веществ требует температуры выше 350 ° C.Исключение составляет водород. Поэтому неудивительно, что поглощение водорода во время сварки является основной причиной растрескивания, вызванного воздействием низких температур, и что это холодное растрескивание часто называют водородным растрескиванием. Двумя общими областями ЗТВ, где обнаруживаются холодные трещины, являются выступ сварного шва и под наплавленным валиком («трещины на подошве» или «трещины под валиком»).

Многие характеристики этого типа растрескивания были описаны для общей проблемы водородной хрупкости в Разделе VIII.Поглощение водорода сварным узлом может вызвать водородное охрупчивание, характеризующееся снижением пластичности в общем диапазоне температур от -50 до +150 ° C. Как правило, для возникновения растрескивания под нагрузкой при таких низких температурах требуется время. Поэтому этот тип растрескивания также называют замедленным растрескиванием. Холодные трещины, в отличие от горячих трещин и трещин при промежуточных температурах, в основном имеют трансзернистую природу, важным исключением является холодное растрескивание, наблюдаемое в закаленной и отпущенной низколегированной стали, такой как HY-80.Наиболее склонной к образованию холодных трещин микроструктуре является мартенсит. Сегрегация растворенных веществ, особенно углерода, важна, поскольку она может привести к образованию микроструктуры, которая намного более восприимчива к холодному растрескиванию. Таким образом, захват водорода и образование восприимчивой микроструктуры — два из трех факторов, необходимых для холодного растрескивания. Третий фактор — это напряжение, которое в случае сварного шва может быть обеспечено остаточными напряжениями. Концентрация напряжений, возникающая в поднутрениях и галтелях, усиливает локальные пластические деформации в этих областях и делает их частыми местами возникновения холодных трещин, отсюда и преобладание трещин на носке и под бортом.

Основным источником водорода во время сварки являются покрытия электродов, такие как те, которые встречаются при дуговой сварке защищенным металлом (также называемой сваркой штучной сваркой, электродом с покрытием, электродом с покрытием или ручной дуговой сваркой металла), которые могут насыщать сварочную ванну примерно 25–30 мл / 100 г водорода (1 мл / 100 г = 0,9 частей на миллион). Углеводородные покрытия, такие как целлюлоза, разлагаются под действием сварочной дуги с выделением большого количества водорода. Даже неуглеводородные покрытия могут быть основным источником водорода.Гидратационная вода, которая может присутствовать в покрытиях с использованием силикатных связующих, является источником водорода. Другой важный источник водорода — это вода, поглощаемая гигроскопическими покрытиями. Чтобы исключить гидратацию и абсорбцию воды, чувствительные электроды должны быть запечены перед их использованием и использованы до того, как вода сможет снова абсорбироваться. Растворимость водорода в сплавах железа также зависит от точного состава сплава и температуры. Для температур, близких к температуре плавления, и для составов, типичных для свариваемых сталей, растворимость водорода составляет около 25–30 мл / 100 г для равновесия с газообразным водородом с давлением 1 атм.После затвердевания до δ-феррита растворимость падает до менее 10 мл / 100 г. При дальнейшем понижении температуры снижается и равновесная растворимость, достигая менее 1 мл / 100 г при 500 ° C и менее 10 ^-3 мл / 100 г при комнатной температуре. Большая часть избыточного водорода отбрасывается, объединяясь на свободных поверхностях с образованием H ₂ . Однако не весь водород сварного шва диффундирует из металла. Некоторое количество проникает в ЗТВ и окружающий основной металл. Этот водород вместе с водородом, оставшимся в сварном шве, становится остаточным водородом.Количество диффундирующего водорода (и, следовательно, количество остаточного и связанного водорода, который остается) зависит от того, насколько быстро остывает сварная деталь. Чем ниже скорость охлаждения после сварки, тем сильнее будет диффузия водорода из металла. Двумя распространенными способами снижения скорости охлаждения являются предварительный нагрев основного металла и использование большого количества тепла.

Микроструктура — еще одна важная переменная, определяющая склонность к холодному растрескиванию, как показано в таблице V. Микроструктура определяется скоростью охлаждения сварного шва, размером зерна и содержанием сплава (т.е. , закаливаемость). Быстрое охлаждение вредно вдвойне: оно не дает водороду достаточно времени для выхода, а также способствует формированию чувствительной микроструктуры, такой как мартенсит. Малый размер зерна аустенита обеспечивает больше центров зарождения перлита, чем крупнозернистый аустенит. Это означает, что мартенсит с большей вероятностью образуется в крупнозернистой зоне HAZ, прилегающей к линии плавления, где произошел рост аустенитных зерен. Еще более важным фактором, чем размер зерна, является влияние легирующих элементов.Точная степень, в которой легирующий элемент влияет на любое из превращений аустенита, является функцией количества присутствующего легирующего элемента и количества других присутствующих элементов. Как правило, углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь и бор подавляют превращение аустенита в перлит. Это увеличивает прокаливаемость, а это означает, что мартенсит и бейнит могут образовываться при более медленных скоростях охлаждения. Следовательно, высокая прокаливаемость связана со склонностью к образованию холодных трещин. Легирующие элементы, особенно углерод, также важны для определения твердости продукта превращения. Сильные карбидообразователи, такие как молибден, ванадий и ниобий, уменьшают прокаливаемость, когда они удаляют углерод за счет образования высокотемпературных карбидов.

Таким образом, условия сварки (т.е. подвод тепла, скорость перемещения, температура предварительного нагрева, температура между проходами, температуры нагрева после сварки и действия, предпринятые для контроля поступления водорода) важны для определения того, будет ли происходить растрескивание сварного шва. .К сожалению, условия, которые могут смягчить один тип взлома, могут способствовать развитию другого. Например, поступление большого количества тепла замедлит скорость охлаждения и сведет к минимуму склонность к холодному растрескиванию. Но высокая тепловая нагрузка, помимо создания большой нежелательной крупнозернистой зоны, также увеличивает размер сварочной ванны, что уменьшает величину температурного градиента в жидкости и увеличивает склонность к горячему растрескиванию. Повторный нагрев при промежуточной температуре выжигает водород и сводит к минимуму образование холодных трещин, но также может вызывать растрескивание при повторном нагреве.Следовательно, точный выбор условий сварки для предотвращения растрескивания должен основываться на тщательном балансе, который предотвращает образование горячих, промежуточных и холодных трещин.

Дефекты / водородные трещины в сталях — идентификация

Предварительный нагрев для предотвращения водородного растрескивания

Водородный крекинг может также называться холодным крекингом или замедленным крекингом. Основной отличительной чертой этого типа трещин является то, что они возникают в ферритных сталях, чаще всего сразу после сварки или через короткое время после сварки.

В этом выпуске описаны характерные особенности и основные причины водородных трещин.

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

Идентификационный номер

Внешний вид

Водородные трещины обычно можно отличить по следующим характеристикам:

• В сталях C-Mn трещина обычно возникает в зоне термического влияния (HAZ), но может распространяться на металл сварного шва (рис. 1).
• Трещины также могут возникать в валике сварного шва, обычно поперечно направлению сварки под углом 45 ° к поверхности шва. Они следуют неровной дорожкой, но могут не разветвляться.
• В низколегированных сталях трещины могут быть поперечными по отношению к сварному шву, перпендикулярными поверхности шва, но не иметь разветвлений и по существу плоские.

Рис. 1 Водородные трещины, возникающие в ЗТВ и металле шва. (Обратите внимание, что не ожидается, что показанный тип трещин образуется в том же сварном изделии.)

При разрыве сварного шва (до любой термообработки) поверхность трещин обычно не окисляется, даже если они разрушаются, что указывает на то, что они образовались, когда сварной шов был при температуре окружающей среды или близкой к ней. Легкий синий оттенок может быть заметен в результате предварительного нагрева или нагрева при сварке.

Металлография

Трещины, возникающие в ЗТВ, обычно связаны с крупнозернистой областью (рис. 2). Трещины могут быть межкристаллитными, трансгранулярными или смешанными.Межкристаллитные трещины чаще возникают в более твердых структурах ЗТВ, образованных в низколегированных и высокоуглеродистых сталях. Трансгранулярное растрескивание чаще встречается в стальных конструкциях из C-Mn.

В угловых швах трещины в ЗТВ обычно связаны с корнем сварного шва и параллельны шву. В стыковых швах трещины ЗТВ обычно ориентированы параллельно сварному шву.

Рис.2 Трещина по крупнозернистой структуре в ЗТВ

Причины

Три фактора вместе вызывают растрескивание:

• водород, образующийся в процессе сварки
• твердая хрупкая структура, склонная к растрескиванию
• растягивающие напряжения, действующие на сварное соединение

Растрескивание обычно происходит при температуре окружающей среды или около нее. Это вызвано диффузией водорода к сильно нагруженной закаленной части сварного изделия.

В стали C-Mn, поскольку существует больший риск образования хрупкой микроструктуры в ЗТВ, большая часть водородных трещин находится в основном металле. При правильном выборе электродов в металле шва будет более низкое содержание углерода, чем в основном металле, и, следовательно, более низкий углеродный эквивалент (CE). Однако могут возникнуть поперечные трещины в металле сварного шва, особенно при сварке деталей с толстым сечением; риск растрескивания увеличивается, если содержание углерода в металле шва превышает содержание углерода в основной стали.

В низколегированных сталях, поскольку структура металла сварного шва более восприимчива, чем ЗТВ, в сварном шве могут быть обнаружены трещины.

Основными факторами, влияющими на риск растрескивания, являются:

• металл сварного шва водород
• Состав основного материала
• толщина основного материала
• Напряжения, действующие на сварной шов во время сварки или возникающие (вскоре) после сварки
• тепловложение

Содержание водорода в сварочном металле

Основным источником водорода является влага, содержащаяся во флюсе, т. е.е. покрытие электродов MMA, флюс в порошковой проволоке и флюс, используемый при дуговой сварке под флюсом. Количество выделяемого водорода зависит от типа электрода. Основные электроды обычно генерируют меньше водорода, чем рутиловые и целлюлозные электроды.

Важно отметить, что могут быть и другие важные источники водорода, например из материала, в котором после обработки или обслуживания в стали осталось значительное количество водорода или влаги из атмосферы.Водород также может быть получен с поверхности материала или расходного материала.

Источники водорода будут включать:

• масло, жир и грязь
• ржавчина
• краска и покрытия
• чистящие жидкости

Состав основного металла

Это будет иметь большое влияние на прокаливаемость и, при высоких скоростях охлаждения, риск образования твердой хрупкой структуры в ЗТВ. Способность материала к упрочнению обычно выражается через содержание в нем углерода или, когда учитываются другие элементы, его значение углеродного эквивалента (СЕ).

Чем выше значение CE, тем выше риск водородного растрескивания. Как правило, стали со значением CE <0,4 не подвержены водородному растрескиванию в ЗТВ, если используются сварочные материалы или процессы с низким содержанием водорода.

Толщина основного материала

Толщина материала будет влиять на скорость охлаждения и, следовательно, на уровень твердости, микроструктуру, создаваемую в ЗТВ, и уровень водорода, остающегося в сварном шве.

«Комбинированная толщина» соединения, то есть сумма толщин материала, пересекающегося на линии соединения, вместе с геометрией соединения будет определять скорость охлаждения ЗТВ и ее твердость.Следовательно, как показано на рис. 3 , угловой шов, вероятно, будет иметь больший риск, чем стыковой шов из той же толщины материала.

Рис.3 Комбинированные измерения толщины стыковых и угловых соединений

Напряжения, действующие на сварной шов

Трещины чаще возникают в областях концентрации напряжений, особенно на носке и корне сварного шва.

Напряжения, возникающие в сварном шве по мере его сжатия, будут в значительной степени зависеть от внешних ограничений, толщины материала, геометрии соединения и подгонки.Плохая подгонка (чрезмерный корневой зазор) угловых швов значительно увеличивает риск образования трещин. Степень ограничения, действующего на соединение, обычно увеличивается по мере выполнения сварки из-за увеличения жесткости конструкции.

Тепловая нагрузка

Подвод тепла к материалу в процессе сварки вместе с толщиной материала и температурой предварительного нагрева будет определять термический цикл и результирующую микроструктуру и твердость как зоны термического влияния, так и металла шва.

Увеличение подводимого тепла снизит уровень твердости и, следовательно, снизит риск растрескивания ЗТВ. Однако, поскольку расстояние диффузии для выхода водорода из сварного шва увеличивается с увеличением подводимого тепла, возрастает риск растрескивания металла шва.

Подвод тепла на единицу длины рассчитывается путем умножения энергии дуги на коэффициент теплового КПД по следующей формуле:

В = напряжение дуги (В)
A = сварочный ток (A)
S = скорость сварки (мм / мин)
k = коэффициент термического КПД

При расчете подводимого тепла необходимо учитывать тепловой КПД. Коэффициенты теплового КПД, приведенные в EN 1011-1: 2009 для основных процессов дуговой сварки, составляют:

Дуга под флюсом (однопроволочная)	1,0
ММА	0,8
MIG / MAG и порошковая проволока	0,8
TIG и плазма	0,6

При ручной дуговой сварке подвод тепла обычно регулируется с помощью длины биения каждого электрода, которая пропорциональна подводимой теплоте.Поскольку длина биения — это длина сварного шва, нанесенного одним электродом, она будет зависеть от техники сварки, например ширина плетения / задержка.

Билл Лукас подготовил эту статью с помощью Джина Мазерса и Дэвида Абсона.

Эта статья Job Knowledge изначально была опубликована в Connect, январь / февраль 2000 г. Она была обновлена, поэтому веб-страница больше не отражает в точности печатную версию.

Разрывы сварного шва — Часть 3 Трещины

Несплошность сварного шва — Часть 3 Трещины

Трещины в сварном изделии, вероятно, являются самым опасным из всех дефектов сварного шва. Из-за широкого спектра применений и множества типов свариваемых материалов растрескивание является чрезвычайно сложной проблемой. Мы рассмотрим некоторые основы теории и характеристики различных типов трещин в сварных соединениях.

Трещины возникают в металле сварного шва, когда локализованные напряжения превышают предел прочности металла. По этой причине нам необходимо учитывать некоторые важные параметры при разработке процедуры сварки, чтобы лучше противостоять растрескиванию. Чувствительность основного материала к растрескиванию может быть связана с его химическим составом и / или его склонностью к образованию элементов, снижающих его пластичность.Введение чрезмерных напряжений в сварное соединение, особенно в сочетании с материалом, чувствительным к растрескиванию, может вызвать растрескивание. Напряжения в сварном шве и вокруг него характерны для операции сварки, которая часто приводит к сильному локальному нагреву, а также к расширению и сжатию во время процесса сварки. Растрескивание часто связано с концентрацией напряжений около несплошностей в сварных швах и основном металле, а также около механических надрезов, связанных с конструкцией сварной детали. Водородная хрупкость, которая является причиной потери пластичности и существует в металле сварного шва из-за поглощения водорода, может способствовать образованию трещин в некоторых материалах.

Трещины обычно подразделяются на один из двух типов: горячие трещины и холодные трещины.

Горячие трещины возникают при повышенных температурах, распространяются между зернами материала и обычно образуются во время затвердевания металла сварного шва.

Холодные трещины образуются после затвердевания сварного шва под действием напряжений и распространяются как между зернами, так и сквозь зерна.Холодные трещины в стали иногда называют замедленными трещинами и часто связаны с водородным охрупчиванием.

Мы можем разделить трещины еще на два типа: трещины в основном материале и трещины в металле шва.

Трещины в основном материале

Растрескивание в зоне термического влияния (ЗТВ) чаще всего связано с отверждаемым основным материалом. Высокая твердость и низкая пластичность в зоне термического влияния часто являются результатом металлургической реакции на термические циклы сварки. В ферритных сталях твердость увеличивается, а пластичность снижается с увеличением содержания углерода и увеличением скорости охлаждения от температуры сварки. Твердость зоны термического влияния связана со способностью к упрочнению основного материала, которая, в свою очередь, зависит от химического состава основного материала. Углерод оказывает преимущественное влияние на прокаливаемость стали. Возможно, крайним примером такой способности к закаливанию и ее влияния на растрескивание основного металла является сварка чугуна.Этот материал содержит от 2% до 4,5% углерода, что придает сплаву большую твердость и низкую пластичность. Если мы попытаемся сварить этот материал без серьезного учета скорости охлаждения и остаточного напряжения, мы неизбежно столкнемся с растрескиванием основного материала.

Трещины в металле сварного шва

Трещины в металле сварного шва можно разделить на три типа: поперечные, продольные и кратерные.

Поперечные трещины металла шва перпендикулярны направлению шва. Этот тип трещины чаще встречается в сварных швах с высокой степенью удержания.

Продольные трещины сварного шва распространяются в том же направлении, что и сварной шов, и часто ограничиваются центром сварного шва. Этот тип трещины может быть продолжением трещины, которая первоначально возникла в конце сварного шва.

Кратерные трещины могут образоваться в результате резкого прекращения сварки, если кратер не заполнен металлом шва. Эти трещины обычно имеют звездообразную форму и изначально доходят только до края кратера.Однако эти трещины могут перерасти в трещины продольных сварных швов.

Влияние трещин на целостность сварного шва

Трещины любой формы обычно являются неприемлемыми несплошностями и считаются наиболее вредными для качества сварного шва. Трещина по своей природе острая на концах и, следовательно, действует как концентрация напряжений. Эффект концентрации напряжения трещины больше, чем у большинства других несплошностей. Трещины имеют тенденцию к распространению и могут способствовать разрушению сварного шва, если они подвергаются нагрузкам в процессе эксплуатации. Трещины, независимо от размера, обычно не допускаются в сварных конструкциях, которые регулируются большинством производственных норм. Их требуется удалить, обычно шлифованием или строжкой, а котлован заполнить прочным металлом сварного шва.

Заключение

Успешная процедура сварки будет включать в себя меры контроля, необходимые для преодоления тенденции к образованию трещин. Такими средствами контроля, в зависимости от типа материала, могут быть температура предварительного нагрева, температура между проходами, подготовка и тип сварочных материалов и термообработка после сварки.Инспектор по сварке несет ответственность за оценку этих процедур контроля сварочных работ во время их проверок, тем самым гарантируя, что сварка выполняется в соответствии с процедурами сварки, разработанными для минимизации вероятности растрескивания сварного шва.

Устранение трещин сварных швов

Рис. 1. Кратерные трещины возникают, когда сварочная ванна не имеет достаточного объема после охлаждения для преодоления усадочных напряжений.

Одна из основных целей изготовления сварных швов — предотвратить дефекты сварного шва, особенно трещины.Трещины являются наиболее серьезными дефектами сварных швов и в большинстве случаев недопустимы. Ремонтные работы отнимают у компании драгоценное время и материалы (то есть деньги), поэтому профилактика является первоочередной задачей.

Трещины не всегда возникают сразу после сварки, а некоторые трещины, например трещины под швом, могут быть закрыты для поверхности сварного шва. Трещины могут развиваться со временем после того, как сварной шов подвергался нагрузкам во время эксплуатации. Растягивающие и усталостные нагрузки; сгибание, скручивание или сгибание; а также горячее и холодное расширение и сжатие могут происходить спустя долгое время после сварки, будь то два дня, два месяцев, а то и двух лет.

Основная причина трещины — это когда внутренние напряжения превышают прочность металла шва, основного металла или того и другого. И как только очаг этих напряжений, то есть росток напряжений, развивается и накапливается, трещина может распространяться.

Дефект или нарушение целостности?

Нарушение сплошности — это дефект сварного шва, который может быть или не быть достаточно серьезным, чтобы вызвать брак. Нарушает ли он спецификации кодекса или нет, будет зависеть от дальнейшей проверки компетентным лицом на соответствие требованиям кодекса или внутренним спецификациям обеспечения качества.Если неисправность нарушает одно из этих двух, она становится дефектом. Дефекты требуют ремонта, а дефекты — нет. Нарушения требований заказчика часто подпадают под правило прерывности, и сварной шов необходимо отремонтировать.

Короче говоря, дефекты всегда являются дефектами, но не все дефекты.

Бак останавливается — где?

Обязанности сварщика и контролера влияют на качество сварки. Сварщик несет ответственность за дефект, если он вызван его или ее уровнем квалификации или техникой наплавки.Такие характеристики сварного шва, как неполное сплавление, чрезмерно вогнутые или выпуклые контуры валика, а также неправильный размер сварного шва, могут быть результатом плохой техники сварки, неправильной скорости движения, плохого обращения с электродами, неправильные настройки параметров сварки, а также неспособность уведомить супервизор о проблеме с выполняемой работой.

Руководители должны обеспечить сварщиков необходимыми инструментами для эффективной работы. Они должны поддерживать программу безопасности магазина в соответствии с правилами OSHA. Они также должны, среди прочего, убедиться, что сварщики используют правильный основной и присадочный металл; пройти надлежащее тестирование процедуры сварки; работать с адекватным и функциональным сварочным оборудованием; пройти эффективное и содержательное обучение сварщиков; и работать с правильно спроектированными и доступными сварными швами.

Ответственность часто выходит за рамки сварщика и супервизора, особенно когда в игру вступают вопросы, связанные с конструктивным исполнением. Например, доступность стыков стала серьезной проблемой в настоящее время, поскольку многие проектировщики недостаточно хорошо знакомы с требованиями к нанесению исправных бездефектных сварных швов. Может ли сварщик получить пистолет для газовой дуговой сварки, дуговая сварка в защитном металле электродом или горелкой для газовой вольфрамовой дуговой сварки в рабочую зону и все еще видит стык — или он сваривает вслепую? Есть ли у сварщика достаточно места, чтобы манипулировать электродом под всеми необходимыми углами, чтобы обеспечить хороший сварной шов и при этом увидеть соединение?

Если альтернативы конструкции не существует, менеджеры должны спланировать возможные ошибки сварки. Если возникает недопустимый дефект сварного шва, может ли рабочий вставить шлифовальный станок в шов, чтобы удалить плохой сварной шов? Если да, то как ремонтировать сварной шов? Сварщик или супервайзер может ответить на все эти вопросы, но лучшее решение часто требует участия клиентов и дизайнеров продукции.

Кратерные трещины

Сварочная ванна имеет огромное количество встроенных напряжений из-за сжатия или усадки металла шва. Жидкий металл находится в максимальном расширении или объеме, поэтому, когда он охлаждается и затвердевает, у него есть только одно направление.Если после охлаждения сварочная ванна не имеет достаточного объема для преодоления усадочных напряжений, образуется кратерная трещина, часто около конца сварного шва, в условиях высокого напряжения, область низкой прочности (см. Рисунок 1 ). Это способ снятия напряжения при сварке.

Рис. 2: Чрезмерно вогнутый контур сварного шва — серьезный кандидат на образование трещин по средней линии.

Длина наплавленного слоя также сильно нагружена, так что кратерная трещина может очень легко вернуться назад по всей длине осевой линии сварного шва.Это обычная проблема для алюминия и некоторых инструментальных сталей. Решение простое: заполните кратер до его полного поперечного сечения (равного размеру сварного шва) до того, как сварка будет завершена. Сделать это можно разными способами. Ты можешь сделайте паузу на две-три секунды в конце сварки перед тем, как остановить дугу; или вы можете сделать шаг назад (обратное направление движения) примерно на 0,5 дюйма в конце борта.

Вогнутые бусины

Чрезмерно вогнутый профиль валика — обычная проблема при угловых сварных швах, особенно на нержавеющей стали, сплавах INCONEL® и алюминии, но обычная углеродистая сталь не защищена.В зависимости от требований к сварке может быть допустима определенная вогнутость. Но чрезмерно вогнутый контур сварного шва (см. , рис. 2, ) — серьезный кандидат на образование трещин по средней линии. Это обычно происходит сразу же при сварке алюминия (где это часто называют «горячим растрескиванием»), а в других материалах это происходит с небольшой задержкой после того, как металл остынет примерно до комнатной температуры.

Проблема с вогнутыми сварными швами очень похожа на проблему с кратерными трещинами. Уменьшение ширины сварного шва резко снижает его прочность, поскольку в поперечном сечении сварного шва недостаточно присадочного металла для борьбы с усадочными напряжениями.Это означает, что эти напряжения находятся под контролем, и развивается трещина. Если сварной шов имеет недостаточную глубину зева, вероятно, он имеет недостаточную прочность.

Как и в случае с кратерными трещинами, предотвратить такое растрескивание по средней линии несложно. Двумя основными виновниками являются неправильная настройка скорости движения и напряжения. Напряжение — это мера электрического «давления», силы, давящей на поверхность жидкого сварочного металла. Небольшое снижение напряжения дуги (от 1 до 1,5 В) может иметь большое значение для контура сварного шва. Однако слишком большое снижение напряжения, может привести к получению сильно выпуклого контура сварного шва. (Обратите внимание, что импульсный GMAW вызывает дополнительные соображения, выходящие за рамки этой статьи.)

Если вы установите слишком высокое напряжение, сварочную ванну будет трудно контролировать, и это может побудить вас увеличить скорость движения. Это, в свою очередь, приводит к недостаточной глубине сварного шва и прочности сварного шва. Как только бассейн опережает дугу, все кончено. Вероятно, вы получите неполный проплав, отсутствие проплавления и подрезы — общие проблемы при сварке вертикально вниз.Фактически, выполняя Угловой шов с вертикальным направлением вниз с приемлемой шириной сварного шва требует умелого управления сварочной ванной. Чтобы избежать этих проблем, уменьшите скорость перемещения и дайте сварке время для создания приемлемого контура валика.

Бусины выпуклые

Чрезмерно выпуклые контуры валика, то есть чрезмерное усиление сварного шва, обычно не связаны с растрескиванием сварного шва, хотя такие сварные швы могут вызывать проблемы. Вы можете потратить много времени и сварить металл, получив слишком высокий профиль шва.Такой сварной шов неприглядный и почти всегда неприемлемый, в основном из-за угла входа сварного шва к основному металлу (см. Рис. 3 ).

Такие формы валика могут оказывать влияние на растрескивание, особенно на растрескивание, которое происходит со временем. Трещина, как правило, направлена ​​вниз в основной металл, прямо у носка сварного шва. Если не создать плавный переход металла сварного шва в основной металл, можно нарушить поток сил через сварной шов. Такой большой объем наплавленного металла создает значительные силы усадки.Когда эти силы превышают прочность сварного шва, возникает растрескивание.

Чтобы избежать этой проблемы, попробуйте увеличить скорость движения. Вы также можете проверить настройку напряжения. Небольшое увеличение напряжения увеличивает электрическое давление, заставляя контур сварного шва принимать более приемлемый профиль.

Дефекты поднутрения

Дефекты поднутрения (см. , рис. 4 ) уменьшают толщину основного металла там, где основной металл встречается с присадочным металлом. Эта потеря металла прерывает передачу напряжений от элемента к элементу через сварной шов.Если это серьезно, это создает точку концентрации напряжения и может быстро накапливаться и вызывать трещину.

На соединениях с высокими напряжениями допустимые уровни поднутрения близки к нулю. Коды Американского сварочного общества D1.1, D1.2, D1.5 и D1.6 имеют чрезвычайно низкие допустимые пределы подреза, в зависимости от ориентации дефекта по отношению к направлению приложенного напряжения и толщине основного металла.

Рис. 3. Чрезмерно выпуклая форма сварного шва может влиять на растрескивание, особенно на растрескивание, которое происходит со временем.

Поднутрение образуется из-за неправильной техники сварки и настроек процедуры. Обычно это не имеет единственной причины, но может быть вызвано целым рядом факторов, включая неправильные настройки напряжения, скорость перемещения и угол между электродом и работой. Особенно на угловых сварных швах, если напряжение (электрическое давление) слишком велико, а угол электрода больше благоприятствует одному элементу, чем другому, сила дуги «смывается». привилегированный член на носке сварного шва. Если электрод поддерживает один элемент больше, а скорость перемещения слишком высока, дуга естественным образом расплавит элемент как часть процесса плавления, но высокая скорость перемещения не позволит плавящемуся электроду заполнить размытую область, в результате чего в недопустимом сварном шве.

Чтобы предотвратить эти дефекты, приложите все усилия для поддержания надлежащего уровня напряжения. Для процессов с постоянным напряжением (безимпульсная GMAW и порошковая дуговая сварка) напряжение остается довольно постоянным и может регулироваться вручную. Для процессов постоянного тока, GTAW и SMAW напряжение зависит от длины дуги. Если вы увеличиваете длину дуги, вы увеличиваете напряжение дуги. Обязательно поддерживайте правильный угол наклона электрода и попробуйте уменьшить скорость перемещения, чтобы наплавленный слой сделал свою работу.

Холодная притирка

Перекрытие (см. Рис. 4) или «холодный нахлест» — это гораздо серьезнее, чем вы думаете. Если подошва сварного шва остается достаточно холодной, чтобы не сплавляться с основным металлом, сварной шов просто накладывается на поверхность основного металла без плавления. Это не оставляет непрерывности между металлом сварного шва и основным металлом, поэтому нет пути для передачи напряжения через сварной шов в прилегающий элемент. Классический Например, в случае концентратора напряжения, такое перекрытие открывает дверь для растрескивания, если напряжение накапливается до неприемлемого уровня.

И снова исправить это несложно. Если вы не обработаете электрод равномерно между двумя основными металлами, сварка будет благоприятствовать одному элементу больше, чем другому, а рабочие параметры (амперы и вольты) не будут расплавлять основной металл равномерно. Перекрытие — распространенная ошибка, когда вам приходится сваривать вслепую. Очевидно, что необходимость угадывать, где находится сустав, не даст хороших результатов.

Коды AWS требуют «плавного перехода» на носке сварного шва. Это обеспечивает равномерное распределение сварочных напряжений и, что наиболее важно, предотвращает образование этих вредных трещин.

Рис. 4. Дефекты поднутрения уменьшают толщину основного металла там, где основной металл встречается с присадочным. Перекрытие, или холодная притирка, происходит, когда подошва сварного шва остается достаточно холодной, чтобы не сплавляться с основным металлом, а вместо этого просто нахлестывается или накладывается на поверхность основного металла.

Вот почему у вас появляются трещины при сварке TIG (3 решения) — Welding Mastermind

При растрескивании сварного шва TIG деформация может поставить под угрозу целостность сварного шва и вызвать задержки, простои и серьезные разочарование.К счастью, как и в любой другой части процесса сварки, вы не можете только понять, почему ваши сварные швы TIG трескаются, но вы также можете узнать, как помогите вашим сварным швам перестать трескаться.

Каковы причины сварки TIG? трещины, и как их предотвратить?

Причины растрескивания сварных швов TIG:

1. Температура слишком высока горячим во время сварки и может слишком быстро остыть.
2. Ваш основной материал — это сталь, склонная к остаточным напряжениям и быстрому остыванию.
3. Водород попадает в сварной шов через атмосферу, присадочные металлы, защитный газ или прокатную окалину на вашей базе материал.

Как предотвратить растрескивание:

1. Уменьшите тепловложение и не позволяйте сварному шву остывать слишком быстро, используя технику обратной засыпки для создания более толстые сварные швы.
2. Предварительно нагрейте основной материал перед сварка.
3. Выполнение нагрева после сварки обработка для удаления диффузного водорода из сварного шва и разгрузки материала стресс.

Основные типы трещин при сварке TIG, которые происходят под двумя основными категориями горячего и холодного растрескивания.

Горячее крекинг

Горячее растрескивание происходит при температурах выше 1000 градусов по Фаренгейту и возникает почти сразу после сварки затвердевает. Это причина почти всех трещин в сварных алюминиевых деталях. Этот механизм растрескивания также называют горячим растрескиванием, горячим растрескиванием, затвердеванием растрескивание и ликвационное растрескивание.

Существует три типа горячего крекинга: сегрегация, форма бусинки и кратер.

Сегрегационное растрескивание

Это тип растрескивания по средней линии, который обычно исходит из середины свариваемого материала. Это может случится при сварке металлов с повышенным содержанием серы и фосфора, или с цинкованием или гальваническим покрытием. Это также происходит с материалами, которые были окрашены или загрунтованы.

Есть несколько вариантов, когда дело доходит до пытаясь предотвратить этот тип взлома:

1. Используйте стали с низким остаточным фосфор и сера (менее. 05 процентов).
2. Используйте меньше тепла, так как избыточное тепло увеличивает вероятность появления трещин.
3. Измените конструкцию соединения, чтобы отношение глубины к ширине не слишком велико и не слишком мало.
4. Более высокая толщина горловины или нижняя вогнутость сварного шва сократит трещины.

Растрескивание формы борта

Бусинчатая трещина обычно возникает из-за суставы, которые не подходят правильно. Это происходит потому, что совместные проблемы привести к тому, что форма борта будет подвергаться слишком большому напряжению, что приведет к ее растрескиванию.

Это также причина того, что бортик трескается. может произойти из-за подгонки, не способствующей контакту. Наконец, бусинка трещины формы могут образоваться из-за чрезмерного нагрева из-за слишком высокого напряжения. высоко.

Вы можете предотвратить растрескивание бортика с помощью:

1. Наличие хорошей подгонки детали и совместный дизайн.
2. Соблюдение рекомендованных параметры для вашего приложения.
3. Понижение напряжения как необходимо.
4. Избегать техники широкого переплетения так как они создают вогнутый борт.Попробуйте использовать угол сопротивления сварного шва, чтобы создать более выпуклый сварной шов.

Кратерные трещины

При прекращении сварки происходит растрескивание кратера перед выполнением прохода сварного шва. Такая остановка сварного шва может вызвать внешняя часть кратера остывает быстрее, чем внутренняя область, что может привести к образование трещин. Эти трещины могут появиться с любого направления и могут быть несколько.

Для предотвращения кратерных трещин используйте засыпку техника для придания кратеру большей толщины.Это влечет за собой слегка приподняв, чтобы заполнить область в конце сварного шва перед гашение дуги. Кроме того, было бы полезно, если бы вы обязательно заполнили пробелы между прихваточными швами и сварным швом, делая более толстые прихватки и заполняя кратеры.

Холодное растрескивание

Холодное растрескивание, также называемое водородное растрескивание или растрескивание в зоне термического влияния (HAZ), происходит при температурах ниже 600 градусов по Фаренгейту. Растрескивание появляется только через несколько часов после сварной шов остывает.В некоторых случаях он может не появляться в течение нескольких дней.

Наиболее часто поражаются толстые материалы холодным растрескиванием из-за большего радиатора. Это связано с охлаждением, которое происходит слишком быстро, что оказывает слишком большое давление на основной материал. В основные материалы, которые с большей вероятностью подвержены холодному растрескиванию, — это те с высоким содержанием сплава или высокоуглеродистыми материалами. Это потому, что они не как податливые благодаря своей прочности.

Профилактические меры

Есть несколько способов предотвратить простуду растрескивание.Обычно они основаны на том, чтобы было как можно меньше лишнего. нагрузка на основной металл.

Убедитесь, что сварной шов не заполнен водород также необходим, так как водород ослабляет сварной шов. Чтобы предотвратить избыток попадание водорода в сварной шов, очистите основные материалы от ржавчины или масла, убедитесь, что зона сварки хорошо вентилируется, и всегда используйте правильное количество защитного газа.

Другой способ предотвращения образования холодных трещин — называется отступление.Обратный шаг может снять избыточное напряжение, которое ваш сварной шов может быть под. Есть несколько шагов, которые вы должны сделать, чтобы отступить от своего сварка.

Чтобы сделать шаг назад, приварите короткий участок возле край материала, пока не дойдет до края. Затем сварите деталь напрямую за предыдущим, останавливаясь, как только вы перекрыли последний раздел немного. Повторяйте это, пока не дойдете до другого конца сварного шва.

Еще одна профилактическая мера против этого Проблема заключается в быстром предварительном нагреве основного металла перед началом сварки. Может снизить скорость охлаждения и помочь сохранить пластичность сварного шва и основания материал. Также помогает термообработка после сварки (PWHT). PWHT стимулирует диффундирующий водород выходит из сварной детали и снимает напряжение материала.

Другие профилактические меры, которые вы можете предпринять:

• Хранить наполнитель в аналогичном температура в зоне сварки или дайте материалу осесть в температуру за несколько часов до начала сварки.
• Используйте наполнитель с низким содержанием водорода, например h5 металлы.
• Убедитесь, что основание материал чистый и сухой! Ранее это было заявлено, потому что это очень важно.
• Хранить наполнитель в сухой среде и в той упаковке, в которой вы их купили, непосредственно перед сваркой.

Другие типы растрескивания при сварке TIG

В то время как упомянутый выше тип трещин самые распространенные и самые разрушительные, есть еще несколько, которые вам могут понадобиться знать о. Эти трещины обычно намного меньше, и некоторые из них можно даже исправить. если замечено достаточно быстро.

Arc Strike Cracking

Это происходит, когда зажигается дуга, но точечная сварка не сваривается. Это происходит потому, что пятно нагревается над верхняя критическая температура материала, а затем очень быстро остывает.

Это может привести к образованию стали кристаллический материал, называемый мартенситом. Мартенсит может вызвать микротрещины в сварка, поэтому, если дуга загорелась таким образом, дальнейшее растрескивание следует прекратить немедленно приварив его.

Раскалывание шляп

Трещины шляпки — трещины, которые создают расширяющаяся форма, похожая на шляпу, в середине сварного шва.Они обычно проходят через сварной шов от линии плавления и обычно вызывают слишком большим напряжением или недостаточной скоростью во время начальной сварки.

Крекинг с повторным нагревом

Трещины при повторном нагреве появляются у металлов, не обладают надлежащей пластичностью при ползучести, что означает, что они легко ломаются под давлением. Когда эти более хрупкие металлы обрабатываются теплом, они трещины могут возникнуть после того, как материал начнет остывать. Обычно это случается с низколегированными стали типа хрома.

Растрескивание корней

Корневые трещины обычно возникают при ошибке выполняется около начала сварного шва. Это может быть использование неправильного наполнителя для работа или слишком низкий электронный ток.

Растрескивание пальцев ног

Растрескивание пальцев ног происходит при слишком большом количестве влаги соприкасается со сварным швом. Это может происходить через атмосферу или внутри зона сварки. Это поверхностная трещина, которую легко найти на носке сварка.

Продольное растрескивание

Продольная трещина будет трещиной который просвечивает по длине сварного шва.Существуют три типа этой трещины — трещины в виде трещин, трещины корня и трещины по всей средней линии.

Поперечное растрескивание

Появится поперечная трещина по ширине сварного шва. Обычно они возникают из-за усадки сварного шва по длине. Эта усадка может быть объяснена слишком быстрым охлаждением металла или использованием неправильный основной материал.

Последние мысли

Трещины при сварке TIG могут полностью испортить сварной шов, оставляя его слабым и неприглядным.Это может расстраивать, особенно после того, как через длительный процесс завершения сварки. К сожалению, трещины бывают очень распространенный. Это особенно верно в случае начинающих сварщиков, которые не так глубоко понять процесс.

Хотя есть много вещей, которые вы можете сделать по поводу трещин постфактум могут быть приняты профилактические меры. В понимая процесс сварки TIG, вы сможете больше интуитивно предотвращайте непредвиденные ситуации, такие как взлом в будущем. Надеюсь, это статья смогла дать вам некоторые из этих идей.

Hot Crack: как это происходит и как это предотвратить | Сварные дефекты

Что такое горячая трещина?

Горячую трещину можно определить как трещину, образовавшуюся при высоких температурах около солидуса металла, где металл имеет когерентность, но является полностью хрупким. Это может произойти в металлах шва и в зоне термического влияния.

Почти все металлы (такие как углеродистая сталь, низколегированная сталь, аустенитная нержавеющая сталь, никелевый сплав и алюминиевый сплав) могут иметь этот дефект в любом масштабе.

Отсутствие пластичности при высоких температурах, вызывающее хрупкое состояние вблизи солидуса, обычно происходит из-за образования межзеренной жидкой пленки из примесей, особенно серы и фосфора в металле. Обе эти примеси соединяются с матричными элементами, образуя соединения с низкой температурой плавления (ниже, чем у матрицы), тем самым снижая межкристаллитную когезию. Отсутствие сцепления между границами зерен, в свою очередь, приводит к появлению трещин, чему способствуют растягивающие напряжения, возникающие в результате сжатия сварного шва.Горячее растрескивание также известно как «растрескивание при затвердевании», которое происходит в металлах сварного шва, когда расплавленный металл сварного шва замерзает, и «ликвационное растрескивание», которое возникает в зонах термического влияния основного металла и металла сварного шва в твердом состоянии под воздействием тепло дуги.

Горячее растрескивание обычно происходит в продольном направлении вдоль оси сварного шва, в середине сварного шва, однако оно также может происходить поперек оси сварного шва, на которое влияет направление растягивающего напряжения. На рис. 1 показана продольная горячая трещина, появляющаяся на поверхности сварного шва.Другая горячая трещина, показанная на Рисунке 2, представляет собой продольную горячую трещину, возникшую внутри металла шва.

Рис.1 Продольная горячая трещина, возникающая на поверхности металла шва при сварке SMAW

Рис. 2 Продольная горячая трещина, появляющаяся в поперечном сечении металла шва при сварке SAW

Горячее растрескивание можно предотвратить, приняв соответствующие меры предосторожности, как описано ниже, за исключением некоторых сплавов, которые по своей природе очень чувствительны к горячему растрескиванию при дуговой сварке.

1. Используйте меньшее тепловложение
   Использование более низкого тепловложения увеличивает скорость охлаждения металла шва, что сводит к минимуму время пребывания в хрупком температурном диапазоне. Это также увеличивает отношение ширины металла шва к глубине, тем самым уменьшая склонность к горячему растрескиванию.
2. Используйте больший радиус канавки
   Использование сварных соединений с большим радиусом канавки увеличивает отношение ширины металла шва к глубине, что предотвращает образование горячих трещин, см. Рис.3.
3. Используйте присадочные металлы с контролируемым ферритом
   При сварке аустенитных нержавеющих сталей используйте присадочные металлы, содержащие феррит (обычно 3–10% в металле шва) в аустенитной матрице. Для специальных целей (например, при криогенных температурах), когда требуется полностью аустенитный металл сварного шва, используйте присадочный металл с низким содержанием серы и фосфора с повышенным содержанием марганца.

Рис. 3. Влияние отношения ширины к глубине (W / H) металла шва на восприимчивость к горячим трещинам 2.Сварка стали 25Cr-1Mo под флюсом

Воспроизведено компанией Kobelco Welding, Япония

Как предотвратить образование горячих трещин при сварке?

Сварочная трещина — один из наиболее частых серьезных дефектов сварных деталей. Сварочные трещины можно классифицировать по-разному в зависимости от их положения, размера, причины и механизма. По условию образования трещины ее можно разделить на горячую трещину, холодную трещину, трещину повторного нагрева и ламеллярный разрыв.

Как следует из названия, трещины, возникающие при высокой температуре во время сварки, называются горячими трещинами (термические трещины / тепловые трещины), которые образуются при высокой температуре вблизи линии твердой фазы и характеризуются распределением по границе зерен.Но иногда он может образовываться по полигональным границам при температурах ниже линии твердых тел. Горячие трещины обычно возникают в металле сварного шва, но они также могут образовываться в основном металле вблизи линии плавления шва.

Различные металлические материалы (низколегированная высокопрочная сталь, нержавеющая сталь, чугун, алюминиевый сплав и некоторые специальные металлы и т. Д.) Будут давать различную морфологию и температурный диапазон термических трещин во время сварки. Горячие трещины можно разделить на трещины кристаллизации, трещины разжижения и многосторонние трещины в соответствии с различным процессом их образования.Сегодня мы подробно рассмотрим конкретные причины, характеристики, профилактику и лечение горячих трещин.

Трещина кристаллизации

Эти трещины в основном образуются при сварке примесей, содержащих углеродистую сталь, низколегированную сталь (например, с высоким содержанием S, P, C, Si) и однофазную аустенитную сталь, Сплавы на основе никеля и некоторые алюминиевые сплавы. Эта трещина возникла около линии твердой фазы в процессе кристаллизации при пайке.Из-за усадки затвердевшего металла и недостаточного количества остаточного жидкого металла, которое приводит к межкристаллитному растрескиванию под действием напряжения.

Как предотвратить кристаллизационные трещины?

Металлургия: с одной стороны, правильно отрегулировать состав металла сварки, сократить диапазон хрупкой температурной зоны для контроля содержания серы, фосфора, углерода и других вредных примесей при сварке; С другой стороны, измельчить первичное зерно металла сварного шва, то есть соответствующим образом добавив Mo, V, Ti, Nb и другие элементы;

Технический процесс: предварительный нагрев перед сваркой, контроль энергии линии и уменьшение заедания стыков.

Трещина сжижения

Это тип микротрещины, которая растрескивается вдоль границы зерен аустенита и обычно возникает в ЗТВ вблизи зоны трещины или между слоями. Как правило, это вызвано переплавлением эвтектических компонентов на границе аустенита. зерна в околошовной зоне или между слоями шва при высокой температуре и растрескивание зерен аустенита под действием растягивающего напряжения.

Как предотвратить образование трещин в зоне разжижения?

Эти меры по предотвращению трещин в основном соответствуют кристаллической трещине.В частности, с точки зрения металлургии эффективно максимально снизить содержание эвтектических элементов, таких как сера, фосфор, кремний и бор. С точки зрения технологии, можно уменьшить энергию линии и вогнутость линии плавления.

Полигональная трещина

Трещина полигонизации образуется в процессе полигонизации, высокая температура приводит к очень низкой пластичности. Этот вид трещин не является распространенным явлением, и сегодня мы не будем его подробно рассматривать.