Вступ до кількох видів зварювальних тріщин

Зварювальні тріщини за своєю природою до точок можна розділити на гарячі тріщини, тріщини при повторному нагріванні, холодні тріщини, ламінований розрив тощо. Нижче наведено лише причини різних тріщин, характеристики та методи запобігання для конкретної розробки.
1. Термічні тріщини
Утворюється при високих температурах під час зварювання, так званий термічний крекінг, який характеризується розтріскуванням уздовж вихідних меж зерен аустеніту. Відповідно до матеріалу зварного металу (низьколегована високоміцна сталь, нержавіюча сталь, чавун, алюмінієві сплави та деякі спеціальні метали тощо), форма термічного розтріскування, температурний діапазон і основна причина також різні. В даний час термічні тріщини поділяються на три основні категорії, такі як тріщини кристалізації, тріщини розрідження і багатосторонні тріщини.
(1) Кристалізаційні тріщини в основному виникають у вуглецевій сталі, що містить більше домішок, зварному шві з низьколегованої сталі (вміст S, P, C, Si високий) і однофазній аустенітній сталі, сплавах на основі нікелю та деяких зварних швах з алюмінієвих сплавів. Ця тріщина є в процесі зварювання кристалізації, поблизу лінії твердої фази, через затвердіння стиснення металу, залишковий рідкий метал недостатній, не може бути доданий своєчасно, під дією напруги відбувається вздовж розтріскування кристала.
Профілактичними заходами є: у металургійних факторах відповідне коригування складу металу шва, скорочення діапазону температурної зони крихкості для контролю вмісту в шві сірки, фосфору, вуглецю та інших шкідливих домішок; покращення зерна металу зварного шва, тобто відповідне додавання таких елементів, як Mo, V, Ti, Nb тощо; з точки зору технології, можна попередньо нагріти перед зварюванням, контролювати лінію енергії, зменшити обмеження з’єднань та інші аспекти для запобігання та контролю.
(2) Тріщина розрідження в пришовній зоні — це різновид мікротріщини, яка розтріскується вздовж межі зерен аустеніту, яка має дуже малий розмір і виникає в пришовній зоні ЗТВ або проміжного шару. Його причиною, як правило, є зварювання металу поблизу зони шва або металу проміжного шару зварного шва за високих температур, так що ці області меж зерен аустеніту на легкоплавких евтектичних складових повторно розплавляються під дією напруги розтягування вздовж міжкристалічного аустеніту розтріскування та утворення тріщин розрідження.
Цей вид запобігання тріщинам і заходи контролю та кристалізаційні тріщини в основному однакові. Особливо в металургії, наскільки це можливо, зменшити вміст сірки, фосфору, кремнію, бору та інших легкоплавких евтектичних складових елементів є дуже ефективним; в процесі ви можете зменшити енергію лінії, зменшити увігнутість лінії плавлення басейну розплаву.
(3) Тріщини полігонізації викликані дуже низькою пластичністю при високих температурах під час формування полігонізації. Ця тріщина не є поширеною, і її запобігання та заходи контролю можна додати до зварного шва, щоб покращити енергію збудження полігонізації таких елементів, як Mo, W, Ti тощо.
2. Перегрівання тріщин
Зазвичай зустрічається в деяких елементах, що містять дисперсійне зміцнення зі сталі та високотемпературних сплавів (включаючи низьколеговану високоміцну сталь, перлітну жаростійку сталь, дисперсійно зміцнювані високотемпературні сплави, а також деякі аустенітні нержавіючі сталі), вони не знайшли тріщини після зварювання, але в процесі термічної обробки тріщини. Тріщини повторного нагріву виникають у зоні термічного впливу зварного шва на перегрітих крупнокристалічних частинах, напрямок яких уздовж лінії сплавлення розширення межі крупнокристалічного зерна аустеніту.
Запобігання та боротьба з розтріскуванням при повторному нагріванні Ви можете вибрати дрібнозернисту сталь. З точки зору процесу, виберіть меншу енергію в лінії, виберіть вищу температуру попереднього нагрівання та з пізнішими вимірюваннями тепла виберіть зварювальний матеріал з низьким рівнем відповідності, щоб уникнути концентрації напруги.
3. Холодний крек
Здебільшого це трапляється в зоні термічного впливу зварювання високо- та середньовуглецевої сталі, низько- та середньолегованої сталі, а також для деяких металів, наприклад деяких надвисокоміцних сталей, титану та титанових сплавів тощо. Іноді холодні тріщини також виникають у зварному шві. Загалом, тенденція до зміцнення марки сталі, вміст водню та розподіл зварних з’єднань, а також з’єднання, які піддаються дії утримуючого напруги, є трьома основними факторами зварювання високоміцної сталі для утворення холодних тріщин. Мартенситна організація, що утворюється після зварювання під дією елементарного водню, разом з напругою розтягування утворюють холодні тріщини. Його формування відбувається, як правило, через кристал або вздовж кристала. Холодні тріщини зазвичай класифікуються як тріщини на носках, тріщини під зварним швом і тріщини в корені.
Запобігання холодним тріщинам і боротьба з ними можуть залежати від хімічного складу заготовки, вибору зварювальних матеріалів і технологічних заходів у трьох аспектах. Слід намагатися вибирати матеріали з меншим вуглецевим еквівалентом; зварювальні матеріали слід вибирати з електродами з низьким вмістом водню, зварні шви мають мати низьку міцність, для високої схильності матеріалу до холодного розтріскування також можна вибирати аустенітні зварювальні матеріали; розумний контроль лінійної енергії, попереднього нагріву та післятермічної обробки полягає в запобіганні та контролі холодного крекінгу технологічних заходів.
У зварювальному виробництві внаслідок використання сталі, зварювальних матеріалів, різних типів конструкцій, сталі, а також конструкції різних специфічних умов можуть виникати різноманітні форми холодних тріщин. Але головне, з чим часто стикаються у виробництві, - це уповільнене розтріскування.

Розрізняють три форми сповільненого розтріскування:
(1) Тріщини зварного шва - Цей тип тріщини виникає на стику основного металу та зварного шва, і є очевидна зона концентрації напруги. Напрямок тріщини часто паралельний каналу зварного шва, зазвичай починаючи від поверхні носка зварного шва до глибини основного матеріалу.
(2) Тріщини під каналом зварного шва - ця тріщина часто виникає при тенденції до зміцнення, підвищеному вмісті водню в зоні термічного впливу зварного шва. Зазвичай напрямок тріщини паралельний лінії сплавлення.
(3) коренева тріщина - ця тріщина є більш поширеною формою уповільненого розтріскування, головним чином виникає у випадку вищого вмісту водню та недостатньої температури попереднього нагрівання. Цей тип тріщини схожий на тріщини на носці зварного шва та виникає в частині зварного шва, де концентрація напруги є найбільшою в корені зварного шва. Корінні тріщини можуть виникнути в крупнозернистому відділі зони теплового впливу або в металі шва.
Тенденція до зміцнення марки сталі, вміст водню в зварному з'єднанні та його розподіл, а також стан з'єднання, що піддається утримуючій напрузі, є трьома основними факторами, які викликають холодні тріщини при зварюванні високоміцної сталі. Ці три чинники взаємопов’язані і за певних умов підсилюють один одного.
Тенденція до зміцнення марки сталі в основному визначається хімічним складом, товщиною листа, процесом зварювання та умовами охолодження. Під час зварювання чим більша тенденція до зміцнення марки сталі, тим більша ймовірність утворення тріщин. Чому загартування сталі викликає розтріскування? Це можна підсумувати в наступних двох аспектах.
a: утворення крихкої твердої мартенситної організації - мартенсит - це вуглець у перенасиченому твердому розчині ɑ заліза, атоми вуглецю з міжвузловими атомами існують у ґратці, тому атоми заліза відхиляються від положення рівноваги, ґратка зазнає великої аберації, що призводить до організація в затверділому стані. Особливо в умовах зварювання поблизу зони шва температура нагрівання дуже висока, тому ріст аустенітного зерна відбувається серйозно, коли швидке охолодження грубий аустеніт перетворюється на грубий мартенсит. З теорії міцності металів можна знати, що мартенсит є крихкою і твердою організацією, виникнення руйнування буде споживати менше енергії, тому в зварних з'єднаннях з присутністю мартенситу легко утворюватися і розширюватися тріщини.
b: Загартування призведе до утворення більшої кількості дефектів решітки. Велика кількість дефектів решітки утворюється, коли метал піддається термічно незбалансованим умовам. Ці дефекти решітки є в основному вакансіями та дислокаціями. Зі збільшенням термічної напруги в зоні термічного впливу зварного шва, в умовах напруги і теплового дисбалансу, як вакансії, так і дислокації будуть переміщатися і збиратися, а коли їх концентрація досягне певного критичного значення, утвориться джерело тріщини. Під дією постійної напруги розширення відбуватиметься безперервно та утворюватиме макроскопічні тріщини.
Водень є одним із важливих факторів, що спричиняють холодне розтріскування високоміцної зварювальної сталі, і має характеристику затримки, тому в багатьох літературах уповільнене розтріскування, викликане воднем, називається «водневим розтріскуванням». Експериментальні дослідження довели, що чим вищий вміст водню в зварних з'єднаннях з високоміцної сталі, тим більша схильність до розтріскування, коли локальний вміст водню досягне певного критичного значення, почнуть з'являтися тріщини, і це значення називається критичним воднем вміст тріщин [H]кр.
Різні значення холодного крекінгу сталі [H]cr відрізняються, це пов’язано з хімічним складом сталі, сталі, температури попереднього нагрівання та умов охолодження.
1: Під час зварювання вологість зварювального матеріалу, іржа та масло на скосі зварного шва, а також вологість навколишнього середовища є причинами збагачення зварного шва воднем. Зазвичай кількість водню в основному матеріалі та дроті дуже мала, тоді як вологість у флюсовій оболонці електрода та вологість у повітрі не можна ігнорувати, і вони стають основним джерелом збагачення воднем.
2: Розчинність і дифузійна здатність водню в різних металевих організаціях відрізняються, розчинність водню в аустеніті набагато більша, ніж розчинність фериту. Тому при зварюванні від переходу аустеніту до фериту розчинність водню різко падає. У той же час швидкість дифузії водню протилежна, перехід від аустеніту до фериту раптово збільшився.
Під час зварювання при високих температурах у розплавленому басейні буде розчинена велика кількість водню, у подальшому процесі охолодження та затвердіння, через різке зниження розчинності, водень намагається вийти, але через охолодження дуже швидко, так що водень надто пізно виходить і утримується в металі зварного шва при утворенні дифузійного водню.

4. Ламінарне сльозотеча
Являє собою внутрішній низькотемпературний крекінг. Обмежується основним металом товстої пластини або зоною термічного впливу зварного шва, переважно в з’єднаннях типу «L», «T», «+». Визначений як прокатка товстої сталевої пластини вздовж товщини напрямку пластичності недостатньо, щоб витримати напрямок зварювального скорочення деформації та відбулося в основному металі ступінчастої холодної тріщини. Як правило, через товсту сталеву пластину в процесі прокатки деякі неметалічні включення в сталевий прокат паралельно напрямку прокатки смугових включень, ці включення викликані сталевою пластиною в механічних властивостях провідності кожного. Запобігання та контроль ламінарного розриву при виборі матеріалів можна вибрати з очищеної сталі, тобто вибір z для високої продуктивності сталевої пластини, ви також можете покращити форму конструкції з’єднання, щоб уникнути одностороннього зварювання або нести z в бік напруги від фаски.
Ламінарний розрив і холодне розтріскування відрізняються, вони виробляють і рівень міцності сталі не має нічого спільного, в основному з кількістю включень у сталі та розподілом морфології. Як правило, катана товста сталева пластина, така як низьковуглецева сталь, низьколегована високоміцна сталь і навіть пластина з алюмінієвого сплаву, з’явиться в ламінарному розриві. За місцем розташування пластинчасті розриви можна умовно розділити на три категорії:
Перша категорія - це утворення ламінарного розриву, спричиненого холодними тріщинами в нозі або корені зварного шва в зоні термічного впливу зварювання.
Друга категорія - зона термічного впливу зварювання вздовж розтріскування включень, є найпоширенішим інженерним ламінарним розривом.
Третя категорія знаходиться подалі від зони термічного впливу в основному матеріалі вздовж розтріскування включень, як правило, більше в структурі товстої пластини з більшою кількістю включення пластівців MnS.
Морфологія пластинчастого розриву та включення типу, форми, розподілу, а також розташування тісного взаємозв’язку. Коли напрямок прокатки вздовж пластівчастих включень MnS є домінуючим, ламінарний розрив має чіткий крок, коли силікатні включення домінують по прямій лінії, наприклад, включення Al є домінуючими в нерегулярному кроку.

Зварювання конструкції товстої пластини, особливо Т-типу та кутових з’єднань, у жорстких обмежених умовах звуження зварювального шва відбуватиметься в напрямку товщини основного матеріалу, що створює велику напругу розтягування та деформацію, коли деформація перевищує пластичну деформаційна здатність основного металу, включення та металева матриця будуть відділені від металевої матриці та мікротріщини відбуваються, у напрузі продовжує відігравати важливу роль Вершини тріщини по площині розширення розташовані включення, утворюючи так звану «платформу».
Існує багато факторів, що впливають на ламінарне розрив, головним чином у таких аспектах:
1: неметалічні включення типу, кількості та розподілу морфології є основною причиною ламінарного розриву, це викликано анізотропією сталі, механічними властивостями фундаментальних відмінностей.
2: Напруга обмеження в Z-напрямку. Товстостінні зварні конструкції в процесі зварювання витримують різну напругу обмеження в Z-напрямку, залишкову напругу та навантаження після зварювання, вони спричинені механічними умовами ламінарного розриву.
3: Зазвичай вважається, що вплив водню знаходиться поблизу зони теплового впливу, спричиненого холодним розтріскуванням, яке перетворюється на ламінарне розрив, водень є важливим фактором впливу.
Оскільки вплив ламінарного розриву дуже великий, шкода також дуже серйозна, тому перед початком будівництва необхідно зробити висновок щодо чутливості сталі до ламінарного розриву.
Зазвичай використовуються методи оцінки: усадка перетину при розтягуванні в Z-напрямку та метод критичного напруження в Z-напрямку. Щоб запобігти ламінарному розриву, усадка розділу не повинна бути меншою за 15%, як правило, сподіваємося, що=15 ~ 20% є відповідним, коли 25%, що анти-ламінарне розривання відмінне.
Щоб запобігти ламінарному розриву, слід вживати заходів головним чином з таких аспектів:
По-перше, рафінування сталі, широко використовувані методи десульфурації заліза та вакуумної дегазації, можна виплавити з вмісту сірки лише {{0}}.003 ~ 0,005% сталі з наднизьким вмістом сірки, її усадка секції ( напрямок Z) може досягати 23 ~ 25%.
По-друге, контроль форми сульфідних включень полягає в тому, щоб перетворити MnS в інші елементи сульфіду, щоб його було важко подовжити при гарячій прокатці, таким чином зменшуючи анізотропію. В даний час широко використовуваними доданими елементами є кальцій і рідкоземельні елементи. За допомогою вищевказаної обробки сталь може бути виготовлена ​​з усадкою в Z-напрямку від 50 до 70%, щоб протистояти розриву ламінованої сталевої пластини.
По-третє, з точки зору запобігання ламінарному розриву, процес проектування та будівництва в основному спрямований на уникнення напруги в Z-напрямку та концентрації напруги, а конкретні заходи наведені в наступному прикладі:
(1) слід намагатися уникати одностороннього зварювання, замість двостороннього зварювання може полегшити напружений стан кореневої зони зварного шва, щоб запобігти концентрації напруги.
(2) Використання симетричних кутових зварних швів із меншим зварюванням замість зварювання великої кількості повного зварного шва через зварний шов, щоб не створювати надмірного напруження.
(3) Скіс повинен бути зроблений на стороні, яка піддається навантаженню в Z-напрямку.
(4) Для Т-подібних з’єднань шар низькоміцного зварювального матеріалу можна попередньо накласти на поперечну пластину, щоб запобігти тріщинам у корені зварного шва, а також пом’якшити зварювальну деформацію.
(5) Щоб запобігти ламінарному розриву, спричиненому холодним розтріскуванням, слід якомога більше вжити заходів для запобігання холодного розтріскування, наприклад, зменшити кількість водню, збільшити попередній нагрів і контролювати температуру прошарку.