В сварочном шве или околошовной зоне вследствие воздействия сварки атомарное соединение материала разрушается, а шов, образованный образованием новой границы раздела, называется сварочной трещиной, для которой характерен резкий разрыв и большое соотношение сторон.
Трещины можно разделить на горячие трещины, холодные трещины, трещины коррозии под напряжением и пластинчатый разрыв в зависимости от температуры и времени возникновения. В сварочном производстве много мест, где возникают трещины. Некоторые трещины появляются на поверхности сварного шва и видны невооруженным глазом; некоторые спрятаны внутри сварного шва и могут быть обнаружены только дефектоскопией; некоторые возникают на сварном шве; а некоторые возникают в зоне термического влияния. Стоит отметить, что трещины иногда возникают в процессе сварки, а иногда появляются после установки или эксплуатации сварного соединения в течение определенного периода времени после сварки. Последние называются отсроченными трещинами, которые более вредны. Расположение и типы общих трещин показаны на рисунке ниже.
картина
Расположение и тип общих трещин
2. Опасность сварочных трещин
Сварочная трещина является наиболее опасным дефектом. В дополнение к снижению несущей способности сварного соединения, острый зазор в конце трещины вызовет серьезную концентрацию напряжений, будет способствовать расширению трещины и, в конечном итоге, приведет к разрушению сварной конструкции, и изделие будет повреждено. списано. привести к серьезным авариям. Как правило, трещины являются недопустимым дефектом сварных соединений. После обнаружения его следует полностью удалить, отремонтировать и заварить.
3. Причины и меры профилактики сварочных трещин
Из-за различных причин и механизмов образования различных трещин три типа горячих трещин, холодных трещин и трещин с повторным нагревом будут обсуждаться ниже отдельно.
3.1, горячая трещина
Термические трещины обычно относятся к трещинам, возникающим при высоких температурах (от диапазона температур, близких к диапазону температур затвердевания, до уровня выше линии A3 на диаграмме баланса железа и углерода), как показано на рисунке ниже, также известным как высокотемпературные трещины или кристаллизационные трещины.
картина
Горячие трещины обычно возникают внутри сварного шва, а иногда могут появляться и в околошовной зоне, как показано на рисунке.
картина
причина:
Из-за явления сегрегации в сварочной ванне во время процесса кристаллизации эвтектика с низкой температурой плавления и примеси образуют сегрегацию в жидком промежуточном слое во время процесса кристаллизации, а прочность после затвердевания также низкая. Когда сварочное напряжение достаточно велико, жидкая прослойка высвобождается. Слои или только что затвердевший твердый металл расходятся, образуя трещины.
Кроме того, при наличии легкоплавких эвтектик и примесей на границах зерен основного металла эти легкоплавкие соединения будут плавиться с образованием жидкой прослойки в околошовной зоне, где температура нагрева превышает температуру его плавления. Когда растягивающее напряжение при сварке достаточно велико, оно также будет разрываться, образуя трещины разжижения в зоне термического влияния.
Короче говоря, возникновение термических трещин является результатом совместного воздействия металлургических и механических факторов.
Профилактика:
Меры по предотвращению термических трещин могут начинаться с двух аспектов металлургических факторов и механических факторов.
Контролировать содержание вредных элементов и примесей в основном металле и сварочных материалах
Ограничить содержание легко отделяющихся элементов и вредных примесей в основном металле и сварочных материалах (включая сварочную проволоку, сварочную проволоку, флюс и защитный газ). В частности, следует контролировать содержание примесных элементов, таких как сера и фосфор, и снижать содержание углерода.
Сера практически нерастворима в стали и образует с железом сульфид железа (FeS), имеющий низкую температуру плавления. При сварке присутствие сульфида железа приведет к горячему растрескиванию шва и разжижению трещин в околошовной зоне, что ухудшит качество сварки; та же сера находится на границе зерен в виде пленки, что снижает пластичность и ударную вязкость стали. Как правило, содержание серы в стали, используемой для сварки, не должно превышать 0,045 процента. Иногда требуется более жесткий контроль.
Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость стали, повышает температуру хрупкого перехода стали, вызывает трещины в сварных швах и околошовных зонах. Содержание фосфора не должно превышать 0,055 процента. Иногда требуется более жесткий контроль.
Сварочные характеристики материалов тесно связаны с содержанием углерода. Чем выше содержание углерода в стали, тем хуже свариваемость. Обычно считается, что содержание углерода в сварном шве должно быть ниже 0,10%, и чувствительность к термическим трещинам может быть значительно снижена.
Отрегулируйте химический состав металла сварного шва, улучшите структуру сварного шва, измельчите зерно сварного шва для повышения его пластичности, уменьшите или рассейте степень ликвации и контролируйте вредное воздействие эвтектики с низкой температурой плавления.
Например, при сварке аустенитной нержавеющей стали использование сварного шва с двухфазной структурой аустенита и феррита может повысить ее стойкость к термическому растрескиванию. Однофазный аустенитный сварной шов склонен к образованию горячих трещин.
Используйте основной сварочный пруток или флюс, чтобы уменьшить содержание примесей в сварном шве и улучшить степень ликвации во время кристаллизации.
Контролируйте спецификацию сварки, соответствующим образом увеличивайте коэффициент формы сварного шва, применяйте метод многослойной многопроходной сварки, избегайте ликвации по осевой линии и предотвращайте образование трещин по осевой линии. При сварке отношение ширины шва к толщине шва на участке однопроходного шва называется коэффициентом формы, или коэффициентом формы сварного шва. Когда коэффициент формы сварного шва слишком мал, сварной шов узкий и глубокий, а примеси с низкой температурой плавления будут собираться в центре сварного шва, что значительно увеличивает вероятность термических трещин. Когда коэффициент формы сварного шва большой, сварной шов широкий и неглубокий, легкоплавкие эвтектики и примеси собираются в приповерхностной области сварного шва, что значительно снижает склонность к растрескиванию по центральной линии.
Примите меры для снижения сварочного напряжения
Примите различные технологические меры для снижения напряжения при сварке, такие как разумная последовательность и метод сварки, использование меньшего количества потребляемой энергии при сварке, общий метод предварительного нагрева и удара молотком и т. д.
Заполнение дугового кратера во время замыкания дуги может предотвратить появление трещин дугового кратера.
3.2, холодная трещина
Холодные трещины обычно относятся к трещинам, образованным сварным швом ниже температуры A3 в процессе охлаждения. Температура, при которой образуются трещины, обычно ниже 300~200 градусов, что находится в диапазоне температур мартенситного превращения, поэтому трещину называют холодной.
Холодные трещины могут появиться сразу после сварки, либо спустя длительное время после сварки, поэтому их еще называют замедленными трещинами. Поскольку образование холодных трещин связано с водородом, их также называют трещинами, вызванными водородом. Образование холодных трещин носит замедленный характер, что может привести к неожиданным серьезным авариям. Следовательно, это более опасно и требует полного внимания.
картина
Причины холодных трещин
Основными условиями образования холодных трещин являются: образование упрочненной структуры в сварных соединениях; наличие и концентрация диффузионного водорода; и наличие больших растягивающих напряжений при сварке. Эти три условия влияют друг на друга и способствуют друг другу. При различных обстоятельствах любой из трех факторов может привести к образованию холодных трещин, среди которых наиболее активным фактором, вызывающим холодные трещины, является диффузионный водород.
Меры по предотвращению холодных трещин
1) Используйте основные электроды или флюсы для снижения содержания диффузионного водорода в металле шва. Щелочные электроды также называют электродами с низким содержанием водорода, что позволяет снизить содержание водорода в металле сварного шва.
2) Электроды и флюс перед использованием должны быть высушены в строгом соответствии с указанными требованиями. Кроме того, канавка и сварочная проволока должны быть тщательно очищены от масла, воды и пятен ржавчины, чтобы уменьшить источник водорода.
3) Выбирайте разумные параметры сварки и тепловложения, такие как предварительный нагрев перед сваркой, контроль межслойной температуры, медленное охлаждение после сварки и т. д., чтобы улучшить организационное состояние сварного шва и околошовной зоны.
4) Своевременно проводить термическую обработку после сварки. Один из них заключается в проведении отжига для устранения внутреннего напряжения, отпуска закаленной структуры и повышении ее ударной вязкости; другой - провести обработку для удаления водорода, чтобы полностью удалить водород из сварного соединения.
5) Улучшите качество стали, уменьшите слоистые включения в стали и примите меры от конструкции конструкции и процесса сварки, чтобы уменьшить растягивающее напряжение при сварке в направлении толщины листа, что может предотвратить слоистый разрыв.
6) Принять различные технологические меры для снижения напряжения при сварке (подробности см. Термические трещины, профилактические меры)
3.3, разогреть трещину
Трещины повторного нагрева возникают из крупнозернистой зоны в околошовной зоне сварки, для которой характерно зернограничное разрушение. Большинство трещин возникает в местах концентрации напряжений. Как правило, она образуется при повторном нагреве зоны сварки, поэтому ее называют трещиной повторного нагрева.
Причины появления трещин при перегреве
Обычно считается, что причиной повторного нагревания трещин является то, что при повторном нагреве пересыщенные карбиды твердого раствора (в основном карбиды ванадия и молибдена) снова выделяются во время первого процесса нагрева, что приводит к внутрикристаллитному упрочнению и проскальзыванию. Деформация концентрируется на границах бывших аустенитных зерен. Трещины при повторном нагреве образуются, когда пластическая деформационная способность границ зерен недостаточна для того, чтобы противостоять деформациям, возникающим во время релаксации напряжения.
Меры по предотвращению трещин при повторном нагреве
1) Уменьшить остаточное напряжение и концентрацию напряжения, например, повысить температуру предварительного нагрева, медленное охлаждение после сварки и плавный переход между сварным швом и основным металлом.
2) Исходя из требований к конструкции, выберите соответствующий сварочный материал, чтобы жаропрочность металла сварного шва была немного ниже, чем у основного металла, позволяя ослабить напряжение в сварном шве и избежать трещин в сварном шве. зона термического влияния.
3) В случае обеспечения прочности соединения при комнатной температуре увеличьте температуру отжига для снятия напряжений, что приведет к выделению относительно крупных карбидных частиц для улучшения высокотемпературной пластичности.
