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

Холодные трещины образуются обычно при температурах ниже 200°С, иногда после полного остывания сварной конструкции. 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 в глубь 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.

Образование холодных трещин при сварке закаливающихся сталей уменьшается:

1) при выборе способа и технологии сварки, обеспечивающих отсутствие грубодендритной закалочной структуры литого металла шва, минимальном перегреве зоны термического влияния и минимальных дополнительных растягивающих напряжениях при остывании шва за счет реакций связей;

2) при сварке с применением подогрева, уменьшающего вероятность образования закалочных структур;

3) при снижении содержания водорода в сварном соединении;

4) при отпуске после сварки.

Основные факторы, влияющие на образование холодных трещин:

Структурное строение металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа

Концентрация диффузионно–подвижного водорода в зоне зарождения трещины

Уровень растягивающих сварочных напряжений I рода.

Способы борьбы с холодными трещинами направлены на уменьшение или устранение отрицательного действия основных факторов, обуславливающих их образование. Наиболее часто для предупреждения возникновения холодных трещин применяют предварительный и/или последующий подогрев сварного соединения. При невозможности подогрева применяют низкий или высокий отпуск сварных узлов непосредственно после сварки.

Поиск по сайту: