В 1. Холодные трещины при сварке

Холодные трещины — это надрывы, образующиеся в различных зонах сварных соединений через различные интервалы времени после завершения сварки, — чаще в зонах теплового влияния и реже в металле сварных швов. Они возникают после охлаждения металла сварного соединения ниже температуры 150—200° С, а иногда через какое-то время — минуты, часы и даже сутки. Трещины могут образовываться в сварных изделиях в нерабочем состоянии, не подвергнутых воздействию внешних рабочих нагрузок, и могут быть обнаружены также на нагруженных изделиях.

Холодные трещины могут проходить как по границам, так и по телу зерен. Отличительной особенностью холодных трещин является замедленный характер их развития. Часто они зарождаются по истечении некоторого времени после окончания сварки и затем на протяжении некоторого времени распространяются вдоль и вглубь шва. Наряду с развитием ранее образовавшихся трещин появляются и развиваются новые. В наибольшей степени это относится к околошовной зоне при сварке металла большой толщины. По достижении некоторой определенной величины трещины в швах могут развиваться мгновенно (взрывоподобно), со звоном.

Холодные трещины образуются в сварном шве или зоне термического влияния, как правило, при наличии закалочных структур, отрицательное влияние которых усугубляется повышенным содержанием водорода в металле и неблагоприятными полями внутренних напряжений.

Холодные трещины – типичный дефект высокопрочных легированных сталей мартенситного и бейнитного классов. Достаточно вероятно их образование и при сварке низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса.

Механизм образования холодных трещин состоит в следующем. Как известно, при охлаждении сварного соединения происходит полиморфное превращение γ-железа в α-железо. Фазы железа α и γ отличаются друг от друга типом кристаллической решетки и способностью растворять в себе углерод. Аустенит (γ-железо) может растворить значительно большее количество углерода, чем α-железо. По мере охлаждения и протекания превращения γ–>α избыточный углерод выделяется. Если охлаждение медленное, весь избыточный углерод выделяется и образуется равновесная структура, например феррит, имеющая достаточно высокую пластичность. Если охлаждение происходит быстро, то углерод во время превращения γ–>α не успевает выделиться и получается неравновесная α-структура, пересыщенная углеродом. Это и есть мартенсит, который в результате повышенного содержания углерода и искаженной кристаллической решетки обладает низкой пластичностью и поэтому склонен к образованию трещин под действием напряжений.

При сварке сталей, склонных к образованию мартенсита, напряженное состояние в зоне шва более сложное, чем при сварке обычных сталей. Это связано с тем, что мартенсит занимает больший объем, чем аустенит, из которого он образовался. В связи с этим на границе закалки образуются напряжения сжатия, которые резко переходят в напряжения растяжения, традиционно действующие в сварном шве. Большой перепад (скачок) напряжений создает предпосылки для образования в этой зоне холодных трещин, а иногда и полного откола металла.

Существенно увеличивает вероятность образования холодных трещин содержание водорода в сварном шве и околошовной зоне. Растворимость водорода в γ-железе (аустените) выше, чем в других структурных составляющих. При распаде аустенита образуется свободный диффузионный водород, который имеет очень высокую подвижность, начинает активно перемещаться в шве и околошовной зоне, оказывая существенное влияние на процессы, происходящие в металле.

Повышение температуры и продолжительности нагрева споспобствуют увеличению роста зерна, плотности несовершенств и тем самым проявлению склонности к растрескиванию после сварки. Также и увеличение скорости охлаждения, способствующее образованию мартенсита, может благоприятствовать возникновению рассматриваемого дефекта.

Однако не следует считать, что стали, образующие в зоне сварки мартенсит, всегда должны давать холодные трещины или что большие скорости нагрева и охлаждения — должны всегда сопровождаться образованием трещин. Трещины возникают при неблагоприятном сочетании ряда рассмотренных внешних и внутренних обстоятельств. И если они возникают, то предотвратить их появление можно, например, уменьшая скорость охлаждения за счет подогрева, увеличивая погонную энергию при сварке, теплоизолируя после сварки нагретую зону, подвергая сварное соединение низкому или высокому отпуску сразу после сварки, надлежащим образом выбирая состав стали или изменяя конструкцию свариваемого изделия.

Поиск по сайту: