В 1. Природа и механизм образования горячих трещин при сварке плавлением. Пути повышения сопротивляемости металла образованию горячих трещин

Горячие трещины при сварке - это хрупкие межкристаллитные разрушения металла сварного шва и ЗТВ, возникающиe в твердожидком состоянии пpи завершении кристаллизации, a также в твердом состоянии пpи высоких температурах на этапе преимущественного развития межзеренной деформации. Потенциальную склонность к горящим трещинам имеют все конструкционные сплавы пpи любыx видах сварки плавлением, a также при некоторых видах сварки давлением, сопровождающихся нагревoм металла дo подсолидусных температур.

Согласно теоретическим представлениям, горячие трещины образуются при критическом сочетании значений следующих факторов:

температурного интервала хрупкости (ТИХ) в период кристаллизации металла шва;

минимальной пластичности в ТИХ δmin;

темпа высокотемпературной сварочной деформации α.

Образование горячих трещин обусловлено соответствующим изменением механических свойств металла при нагреве, в частности резким снижением его деформационной способности. Причиной такого снижения может быть наличие в металле легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения или выделений хрупкой второй фазы. Если металл в состоянии пониженной деформационной способности подвергается воздействию внутренних или внешних напряжений, то при достаточной их величине в металле образуются горячие трещины. Сварные соединения подвержены горячим трещинам преимущественно в местах наибольшей концентрации напряжений при высоких температурах: в корне швов, в участках пересечения сварными швами стыков деталей или каких-либо прорезей, в начальных участках сварных швов и т. д.

В зависимости от вида свариваемых материалов горячие трещины возникают в металле шва или в металле околошовной зоны.

Металлографический анализ сварных соединений с горячими трещинами показывает, что во всех случаях разрушение является межкристаллическим, т. е. горячие трещины образуются и распространяются по границам зерен. В случае разрушения сварных швов в литой зоне трещины распространяются по границам кристаллитов, сформированных в процессе кристаллизации сварочной ванны. Трещины в околошовной зоне возникают по границам рекристаллизованных зерен.

Исследования температурных интервалов образования горячих трещин показывают, что разрушения этого вида могут происходить как при температурах выше солидуса, т. е. при наличии жидкой фазы по границам зерен, так и при температурах ниже солидуса, т. е. в твердом состоянии. Опыт сварки металлических конструкций показывает, что образование горячих трещин зависит не только от состава свариваемых материалов (основного и присадочного металла или флюса), но также от технологии и режимов сварки. Режимы сварки влияют на развитие ликвации при кристаллизации, форму и ориентацию кристаллитов в металле шва, структуру границ зерен, развитие таких зернограничных процессов, как миграция границ зерен и межзеренное проскальзывание, и, наконец, на сегрегацию по границам зерен, их частичное оплавление и формирование химической неоднородности на границе раздела твердой и жидкой фаз.

При неблагоприятном развитии процессов кристаллизации металла шва и собирательной рекристаллизации в околошовной зоне и сопровождающих их процессов в сварных соединениях образуются горячие трещины.

Предлагают следующие пути повышения сопротивляемости образованию кристаллизационных трещин:

1) подавление столбчатой кристаллизации и измельчение кристаллической структуры путем легирования элементами-модификаторами, а также элементами, способствующими образованию высокотемпературных вторых фаз при кристаллизации;

2) повышение чистоты сплавов по примесям, способствующим образованию при кристаллизации легкоплавких фаз в той области составов, в которой увеличение количества этих фаз снижает технологическую прочность, и, наоборот, увеличение количества легирующих элементов, образующих эвтектики, в области составов сплавов, близких к эвтектическим. Эти пути сужают температурный интервал хрупкости и повышают запас пластичности.

Для повышения сопротивляемости металлов и их однофазных сплавов образованию подсолидусных горячих трещин при сварке рекомендуют:

1) легирование сплавов элементами, снижающими диффузионную подвижность атомов в решетке или способствующими созданию фрагментарной литой структуры;

2) повышение чистоты основного металла по примесям внедрения;

3) сокращение времени нахождения металла при температуре высокой диффузионной подвижности (увеличение скорости охлаждения металла сварных швов) и снижение темпа нарастания упругопластических деформаций при охлаждении (ограничение деформаций за счет выбора рациональной конструкции соединений).

Установлены следующие наиболее важные металлургические факторы, способствующие повышению сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин при сварке аустенитных сталей:

1) образование двухфазной структуры в высокотемпературной области при кристаллизации металла за счет выделения первичного феррита, дисперсных частиц тугоплавкой фазы или боридной фазы и хромоникелевой эвтектики;

2) ограничение содержания примесей, образующих легкоплавкие фазы, с целью сужения эффективного интервала кристаллизации.

Все известные способы повышения технологической прочности в конечном итоге сводятся к следующим:

Изменение химического состава

Выбор оптимального режима сварки

Применение рационального типа конструкции и порядка наложения сварных швов.

Поиск по сайту: