Трещины при холодной сварке

Горячие трещины при сварке причины появления

В процессе осуществления любой деятельности или производства изделия существует вероятность появления дефектов. Они могут появляться по причине нарушения технологии работы на любом этапе. Одни из самых распространенных дефектов — это горячие трещины при сварке. Нормативными актами установлены стандарты наличия тех или иных дефектов в готовом изделии. Для сварочного процесса также существует ГОСТы, устанавливающие нормативы работы, в том числе и сварочные дефекты. Они подразделяются на несколько групп:

  • горячие и холодные трещины при сварке
  • Подрезы
  • Непровар кромки, корня
  • Наплывы
  • Полости (газовые полости, свищи)
  • Поры
  • Твердые включения
  • Несплавления
  • Нарушения формы соединения
  • Брызги металла
  • Случайная дуга

Любой сварочный процесс должен осуществляться строго по правилам и нормативам. Любой дефект является последствием нарушения этих правил. Бывают трещины большого размера, которые видно невооруженным глазом. А бывают микротрещины, которые заметны только при пятидесятикратном увеличении. Несмотря на их маленький размер, они также опасны, как и большие.

Трещины подразделяются на горячие и холодные в зависимости от температуры сварки. Если шов варился при температуре более тысячи градусов,то они будут называться горячими. Если температура варки была ниже – холодными.

И холодные, и горячие трещины являются неустранимыми дефектами. При их наличии изделие будет считаться браком и не подлежит эксплуатации.

Какие бывают трещины?

Горячие и холодные трещины при сварке могут также подразделяться по другим основаниям. Они могут быть поперечными, продольными, радиальными и так далее.

Горячие представляют собой межкристаллические разрушения, которые возникают в самом сварочном шве либо возле него, в так называемой зоне термического влияния. Имеют вид несплошности или надреза. Они появляются при кристаллизации металла либо после остывания соединения. Они имеют темный цвет и извилистую форму.

Холодные представляют собой локальные разрушения и образуются при остывании металла, если сварка осуществлялась при температуре до 200 градусов. Холодная трещина появляется возле сварного шва и имеет на изломе светлый оттенок. Такие дефекты возникают при дуговой сварке стальных изделий большой толщины.

Горячие трещины, которые появляются около шва, в свою очередь, подразделяются на четыре вида:

  • Ликвиационные
  • Появляющиеся вследствие низкого относительного удлинения
  • Кристаллизационные
  • Появляющиеся по иным причинам

Первый вид дефектов появляется очень часто при работе с конструкционной сталью. В ее составе находится много разных включений, чаще это сульфиды. При плавлении некоторые из них растворяются в области термического влияния и превращаются в пленку. Она находится на границе зерен и снижает когезионную прочность изделия, по причине чего появляются горячие трещины. Появление этих дефектов при работе с низколегированной сталью вызвано присутствием легирующих элементов, таких как титан и ниобий. Ликвиационные дефекты довольно длинные, без ответвлений, более раскрытые.

Дефекты, появляющиеся вследствие низкого относительного удлинения, возникают только при сварке аустенитных сталей.

Кристаллизационные дефекты представляют собой короткие микротрещины. Наиболее характерны для гбц.

Меры по предотвращению возникновения холодных трещин

  • Электроды и флюсы должны быть прокалены.
  • Все детали, использующиеся в сварочном процессе, должны быть предварительно нагреты до 250-450 градусов.
  • Нужно безоговорочно соблюдать все требования, правила и нормативы конкретного вида сварки, подбирать максимально оптимальную температуру нагрева.
  • Необходимо применять тот вид сварочного шва, который необходим в конкретном случае.
  • Остывание изделия должно происходить медленно и равномерно.
  • После окончания работ, в целях снятия напряжения в элементах проводят смягчающий отжиг.

Причины возникновения дефектов в виде горячих трещин бывают внешние и внутренние. К внешним причинам относится сегрегация элементов и окислов. Эти элементы не входят в состав свариваемого металла, а появляются вследствие использования вспомогательных примесей. Внутренние причины возникновения характеризуются влиянием присадочных материалов.

Сегрегирующие элементы не обязательно должны быть расплавлены, чтобы стать причиной появления горячей трещины. Они могут вызвать образование тонкой пленки, которая будет способствовать уменьшению прочности по границе зерен.

Как уменьшить вероятность появления горячих трещин?

  • Осуществлять контроль за металлургическими процессами, когда металл расплавлен.
  • Обеспечить оптимальный процесс раскисления металла.
  • При работе с серой нужно иметь ввиду, что она может стать причиной появления сульфидных пленок. Поэтому ей лучше взаимодействовать с марганцем.
  • Чтобы сера не оказывала негативного воздействия на появляющиеся дефекты, сварщик должен быть очень внимательным при кристаллизации сварного шва. Сера должна проходить слева от перитектической точки. В этой ситуации выделяется дельта-феррит, который лучше ее растворяет.

Причины образования горячих трещин

  • Наличие жидких прослоек.
  • Деформации, возникающие при укорочении детали.
  • Жесткая фиксация деталей при работе. Это препятствует возможности переместить элемент для правильного остывания. В результате появляются напряжения.
  • Варка с участием таких металлов, как вольфрам, титан, молибден и ванадий, может вызвать нарушение химических связей.
  • Присутствие «вредных» примесей в массе свариваемого металла: фосфора, серы.

Самая высокая вероятность возникновения деформаций в виде трещин присутствует, когда металл находится в жидком состоянии. Именно в этот момент примеси в массе металла мигрируют и происходит загрязнение пространства между зернами. Во время остывания также существует риск появления напряжений: в случае, когда усадка шва произведена неравномерно. Это является основанием появления поперечных горячих трещин.

Любая трещина – это результат невнимательности, несоблюдения технологии сварочного процесса, недостаточной осведомленности относительно состава материалов, подлежащих сварке.

Способы предотвращения их появления

Чтобы в процессе работы либо после остывания не появлялись ни горячие, ни холодные трещины, нужно предпринимать определенные действия:

  • Обеспечить не жесткую фиксацию элементов при работе.
  • Выбрать правильный размер шва в зависимости от толщины стенки трубы. В случае, если область соединения имеет слишком маленький размер по отношению к толщине изделия, то вероятность появления трещин очень высока.
  • Выбрать нужный режим сварки для конкретного вида материала, учитывая все нюансы и особенности.
  • Варить строго в соответствии с установленными нормативами, в том числе и соблюдая угол наклона наконечника.
  • Все детали перед сваркой должны быть надлежащим образом подготовлены.
  • Выбрать электроды, соответствующие типу и температуре сварки, не приобретать дешевые электроды.
  • Не допускать перегрев, используя силу сварного тока выше рекомендуемого для конкретного вида сварки.

Таким образом, чтобы избежать появления дефектов в виде напряжений и трещин нужно:

  • Принимать во внимание все особенности работы с конкретным металлом.
  • Увеличить ширину соединения при значительной толщине изделия.
  • Не допускать появление узких валиков.
  • Выполнять сплошные швы.

Заварка трещин

  • Помимо нормативов для сварочного процесса существуют также нормативы устранения дефектов. Они установлены в ГОСТах 5264 и 1153.
  • Трещины перед «заваркой» должны быть подготовлены. Подготовка включает в себя осмотр и определение их окончаний. Это происходит при нагреве газовой горелкой до температуры 100-150 градусов.
  • Окончания трещины нужно высверливать. При работе со сверлом центр отверстия должен совпадать с окончанием трещины, либо отступать от него примерно на 3-5 мм.
  • При невозможности высверлить трещину, она прожигается газовой горелкой.
  • Перед процессом заварки трещин, которые не выходят за кромки трубы, лучше немного подогреть горелкой области, расположенные за концами трещин.
  • Заварка трещины размером более 300 мм происходит обратноступенчатым способом.
Читайте также:  Отстают механические часы, как настроить, убегающие часы причины

Таким образом, существует определенный перечень причин образования горячих трещин при сварке. Чтобы избежать их появления, нужно знать все особенности материала, с которым вам предстоит работать. Варка металла с момента подготовки и до момента остывания уже готового изделия должна производится строго в соответствии с нормативами, установленными ГОСТами. Не все дефекты подлежат исправлению, поэтому лучше заранее быть осведомленным обо всех правилах и нюансах работы с тем или иным материалом.

Холодные трещины при сварке

Холодные трещины при сварке

Первые практические наблюдения и исследования, сделанные в 40-х годах, главным образом при сварке среднелегированных закаливающихся броневых сталей позволили выявить основные факторы, определяющие образование холодных трещин. Одним из факторов является наличие крупнозернистой мартенситной структуры или бейнитной структуры в зоне термического влияния, другим — в одорода, поступающего в зону термического влияния сварного соединения из металла шва. Эти наблюдения послужили основанием для выдвижения двух гипотез образования холодных трещин — водородной [110, 111] и закалочной [75], развитых в дальнейшем группой советских ученых [35, 44, 53, 99,105 и др.].

В соответствии с первой гипотезой Н, скапливаясь в микропустотах и несовершенствах атомной решетки и превращаясь из атомарного в молекулярный, создает громадное давление, под действием которого происходит разрушение металла, т. е. образуются трещины. Охрупчивающее действие водорода рассматривается в связи с возможностью адсорбирования его на поверхности металла в пустотах и в вершинах распространяющихся трещин. Гипотеза основывается на экспериментальных фактах, подтверждающих, что применение низководородистых и аустенитных электродов приводит к заметному повышению сопротивляемости соединений образованию холодных трещин.

Холодная трещина при сварке, пример

В основе закалочной гипотезы лежит тождественность условий, способствующих образованию трещин в зоне термического влияния и при закалке стали. Образование трещин обусловлено главным образом мартенситным превращением, которое происходит со значительным изменением объема и приводит к возникновению высоких собственных напряжений и одновременно к снижению способности металла воспринимать пластическую деформацию. Основными факторами, способствующими образованию закалочных трещин, являются: высокая температура и рост зерен, большая скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения, значительное содержание в стали углерода и легирующих примесей, увеличение жесткости, неравномерный нагрев п охлаждение по сечению закаливающихся деталей.

В 1945—1947 гг. в периодической печати появился ряд обзоров, в которых освещались основные положения по этим гипотезам. Так, И. Ф. Срибный опубликовал обзор [94] исследований, выполненных группой ученых Бирмингемского университета по водороду — основному возбудителю трещин при сварке легированных сталей.

Интересный обзор был подготовлен Г. В. Раевским [88] по работам, выполненным в английском институте сварки.

В обзоре приводятся данные о том, что склонность к холодным трещинам определяется не только чувствительностью стали к закалке, но главным образом сильным падением прочности металла зоны термического влияния при температуре ниже 150° С. Значительное падение прочности зоны термического влияния объясняется действием, кроме основных остаточных напряжений, другой системы внутренних напряжений, уравновешенных в малых объемах, а потому не обнаруживаемых при обычных способах измерения остаточных напряжений.

Металлографические исследования показали, что зарождение холодных трещин наблюдается на границах аустеннтных зерен, поэтому образование — их следует рассматривать как межкристаллитное разрушение; Вероятность возникновения холодных трещин существенно зависит от состояния и свойств границ аустенитных зерен, сформировавшихся в процессе термодеформациониого цикла сварки. Поэтому изучение природы образования холодных трещин в сварных соединениях неразрывно связывалось и базировалось на исследованиях кинетики структурных превращении и напряженно-деформированного состояния зоны термического влияния низко- и среднелегированных сталей. Поскольку холодные трещины образуются в результате замедленного разрушения, был предложен ряд методик испытания на замедленное разрушение как непосредственно сварных образцов, так и образцов, подвергнутых термическому циклу, идентичному сварочному.

Образование холодной трещины

В МВТУ им. Н. Э. Баумана была разработана серия машин ЛТП для испытания на замедленное разрушение сварных тавровых образцов [83, 87]. В 1959 г. в ИМЕТ им. А. А. Байкова была создала машина ИМЕТ-4, пред-; назначенная для сравнительных коли-! чественных испытаний на замедленное разрушение сталей и сплавов в состоянии после закалки, термического цикла сварки (для зоны термического влияния) и термической обработки [ 104, 106]. В ИЭС им. Е. О. Патона были разработаны две методики и установки для испытания на замедленное разрушение при растяжении стыковых соединений. Первой предусмотрено испытание па специальном приспособлении составного образца со швом прямоугольного поперечного сечения [46, 53]; второй — нагружение сварного образца по заданной программе на специальной испытательной машине [24].

Весьма существенное влияние на образование холодных трещин оказывает жесткость сварного соединения. Поэтому для сравнительной оценки склонности сварных соединений к холодным трещинам применяется также большое количество различных жестких проб [107]. Они с успехом используются для оценки сталей сварных конструкций, а также при разработке режимов технологии сварки и сварочных материалов.

Считается, что усиление жесткости сварного соединения способствует образованию холодных трещин вследствие повышения напряжении и деформаций в области низких температур. Влияние жесткости сварного соединения на образование холодных трещин не нашло своего четкого физического толкования. Несмотря па многочисленные попытки [ИЗ], пока нет достаточно падежных критериев оценки жесткости сварного соединения, которые можно было бы использовать при анализе вероятности образования холодных трещин.

Преимущество испытания самих сварных соединений состоит в том, что эти испытания позволяют учитывать влияние технологии сварки (тип сварочных материалов, влияние водорода, режима сварки) и конструкции сварного соединения. Процесс образования и раз вития холодных трещин в сварных соединениях непосредственно связан с динамикой термодеформационных процессов и структурных изменений, протекающих, как уже указывалось, в условиях нестационарных температур и напряжений. Это создает значительные трудности при изучении механизма образования холодных трещин. Более того, многочисленные данные, полученные в результате изучения напряжений п структуры в зоне термического влияния после квазистабилизации структурного состояния сварного соединения, могут существенно отличаться от таковых в момент образования холодных трещин.

Значительный интерес для раскрытия механизма образования холодных трещин при сварке представляло установление более четких зависимостей влияния водорода на склонность сварных соединений к замедленному разрушению.

В конце 50-х годов Р. А. Козлов опубликовал две статьи [33, 34], показав, что основной причиной образования холодных трещин в сварных соединениях среднелегированных сталей является водород. Им были определены зависимости содержания водорода в металле шва от режима сварки, рода тока, марки флюса и электродов, а также условий прокалки и хранения последних. Рассмотрено влияние водорода на образование трещин в сварных соединениях при различном содержании легирующих элементов в основном металле. Испытания проводились на больших жестких стыковых пробах (2000X1000X6 мм) с применением совершенной для того времени методики количественного определения на «карандашных» пробах выделяющегося эффективного водорода п остаточного водорода. Было показано, что с увеличением эквивалентного углерода в основном металле критическое удержание водорода, выше которого в сварных швах могут образовываться т рещины, уменьшается примерно по линейному закону. При эквивалентном

Читайте также:  Установка манометра правила и требования правила, требования, схема

углероде свыше 1% возможно образование трещин и при низком содержании водорода. Следовательно, в последнем случае на образование холодных трещин преобладающее влияние оказывают закалочные явления для избежания трещин необходимо уменьшать закаливаемость стали.

Полученные данные представляли большой практический и теоретический интерес, поскольку они служили основанием для расчета допустимого содержания водорода в металле шва в зависимости от легирующих элементов в основном металле и выбора технологических рекомендаций. Важным являлось также установление в зависимости от легирования (эквивалентный углерод) предельного содержания водорода и степени закаливаемости стали. Эта зависимость была затем подтверждена во многих работах. В дальнейшем Р. А. Козлов обобщил свои исследования по влиянию водорода на образование холодных трещин в монографии [35].

Особенно четкая взаимосвязь между водородом и образованием холодных трещин наблюдается в сварных соединениях большой группы низкоуглеродистых (до 0,20% С) мартенситных и бейнитных сталей, получивших широкое распространение за последние 20 лет в нашей стране и за рубежом [23, 30, 101]. Большой склонностью к образованию холодных трещин обладают сварные соединения среднелегированных сталей с содержанием углерода более 0,20%. Применительно к этой группе сталей получили наиболее полное развитие исследования по обоснованию закалочной гипотезы образования холодных трещин.

В 1960 г. А. М. Макара опубликовал весьма обстоятельный обзор [46] по исследованию природы холодпых околошовных трещин при сварке закаливающихся сталей. В этой работе была сделана попытка показать несостоятельность водородной гипотезы в части объяснения ряда данных по холодным трещинам и основное внимание было

сосредоточено на обосновании закалочной гипотезы образования трещин. Если учесть, что свои исследования А. М. Макара проводил в основном на высокоуглеродистых среднелегированных сталях (35X3H3M, ЗОХГСНА и др.), эффект водорода должен был проявиться минимально, а основную роль должны играть процессы, связанные с закалкой металла. На основе исследования кинетики структурных превращений и напряженного состояния зоны термического влияния закаливающихся среднелегированных сталей им были сформулированы основные закономерности природы и механизма образования холодных трещин. Согласно этим представлениям трещины возникают в результате замедленного разрушения перегретого и закаленного в специфических условиях металла зоны термического влияния под действием сложных напряжений, возникающих в этой зоне. Показано, что кинетика превращения переохлажденного аустенита в зоне термического влияния определяется не только составом стали и термическим циклом сварки, но и циклом упруго-пластических деформаций, развивающихся в этой зоне в процессе сварки.

На основании изучения характера зарождения и развития околошовных трещин была предложена схема зарождения и развития трещин в результате локального пластического течения металла по границам зерен.

Большой интерес представляют выполненные А. М. Макарой с сотрудниками исследования [47] по кинетике развития холодных трещин с помощью ультразвуковой дефектоскопии. Впервые непосредственно па сварном образце был изучен процесс замедленного разрушения сварного соединения (сталь 35X3H3M). Установлено, что дополнительное приложение к образцу растягивающих напряжений величиной 200— 250 МПа не оказывает влияния на момент зарождения трещин и первый этап роста и зарождения новых трещин (несколько часов). Эффект проявляется в более быстром развитии трещин на заключительном этапе разрушения. В последующих работах [48, 51, 53, 54] было обращено внимание на изучение влияния химического состава, физически свойств и структурных превращений в металле шва сварных соединений среднелегированных сталей на развитие упруго-пластических деформаций в зоне термического влияния, структуру и сопротивляемость образованию холодных трещин.

Изучение механизма и факторов, определяющих образование холодных трещин при сварке закаливающихся сталей, многие годы проводятся в МВТУ им. Н. Э. Баумана. Основное направление — изучение межкристаллической прочности закаливающихся сталей в процессе распада аустенита [83, 84,85]. При разработке методик количественной оценки сопротивляемости сталей образованию трещин учитывалась необходимость включения всех элементов реального сварного соединения. Было показано, что межкристаллическое разрушение в процессе образования холод- ных трещин при сварке происходит в определенных температурно-скоростных условиях нагружения и структурного ; состояния металла.

В качестве основной схемы механизма межкристаллического разрушения при образовании холодных трещин в процессе распада аустенита при сварке была принята модель Зинера [83], затем дополненная особенностями напряженного состояния в зоне разрушения [84]. Изучалась эффективность ряда технологических приемов, повышающих устойчивость сварного соединения против образования трещин: подогрев, прокалка сварочных материалов, проковка, подбор состава наплавленного металла.

Существенное влияние на образование холодных трещин в металле шва высокопрочных сталей оказывает структура шва [58, 109]. Микронеоднородность на отдельных участках границ аустенитных зерен способствует уменьшению стойкости против образования трещин в металле шва.

В дальнейшем было изучено влияние легирующих элементов на сопротивляемость металла шва образованию трещин при сварке высокопрочной стали [57]. Показано, что при мартенситной структуре особо важны особенности первичной и вторичной структур, а также химический состав.

В работе [57] исследовалось влияние режима сварки на образование холодных трещин в зависимости от содержаиия углерода в стали. Для комплексно-легированных сталей, содержащих 0,Зг-0,4% углерода, увеличение скорости сварки и уменьшение погонной энергии приводит к повышению сопротивляемости металла шва образованию холодных трещин; для сталей, содержащих 0,1—0,25% углерода, наоборот к снижению сопротивляемости. Важную роль играет тип первичной структуры. Минимальной сопротивляемостью образованию трещин обладает ячеисто-дендритная структура с развитой химической неоднородностью, максимальной — дендритная структура с малой степенью микронеоднородности по границам аустенитных зерен.

Регулировать вероятность образования холодных трещин можно также структурой свариваемой стали. Высокопрочные закаливающиеся стали в состоянии отжига на зернистый перлит обладают меньшей чувствительностью к холодным трещинам из-за смещения начала превращений в сторону больших температур, образования промежуточньх структур и самоотпуска мартенсита, Уменьшения размера зерна [55].

В работе [56] приведены данные о влиянии строчечных сульфидных неметаллических включений на образовало трещин в зоне термического влияния. Эффективной мерой по их устранению является десульфурация стали дектрошлаковым переплавом.

В ИМЕТ им. А. А. Байкова исследовавия по холодным трещинам базировались на изучении превращения аустенита в зоне термического влияния при охлаждении в условиях сварки и замедленного разрушения склонных к закалке сталей. Последние проводились на установке ИМЕТ-4 с использованием специальных образцов, подвергнутых термической обработке по сварочному термическому циклу [105, 107]. Были получены зависимости между скоростями охлаждения образцов и сопротивляемостью замедленному разрушению. Эти исследования позволили определить критические скорости закалки, превышение которых приводит к минимальной сопротивляемости стали замедленному разрушению и, следовательно, к образованию холодных трещин.

М. X. Шоршоровым была развита вакансионная теория [104],связывающая образование зародышей полостей и их последующий рост до раскрытия в трещины с пресыщением металла вакансиями и их движением к границам зерен под действием напряжений. На основе этой теории был дан анализ влияния напряжений и характерных условий нагрева и охлаждения при сварке на замедленное разрушение сварных соединений [7, 40,106,107].

Читайте также:  Размеры багажника Лады Ларгус технические характеристики

В последние годы были получены новые данные о развитии пластической деформации и тонкой структуры сварного соединения, а также об особенностях процесса формирования мартенсита и влияния водорода на замедленное разрушение. Эти данные позволяют более детально проанализировать процесс образования холодных трещин в сварных соединениях. Такая попытка была предпринята в работе [29]. Вряд ли целесообразно в настоящее время придерживаться устаревшей концепции о необходимости двух гипотез зарождения и развития холодных трещин. Механизм замедленного разрушения сварных соединений закаливающихся сталей значительно сложней, чем трактует его та или иная гипотеза. Только комплексное изучение этого сложного процесса с учетом всех действующих факторов может дать нужное решение.

Причины образования горячих трещин при сварке

Трещины – виды брака сварки, нарушение целостности металла. Разрывы шва или в околошовной области (зона термовлияния – ЗТВ) образуются из-за одновременного снижения пластичности, связанного с кристаллизацией, и внутренних напряжений.

Трещины, разрывы условно делят на две группы. Холодные возникают после остывания. Горячий дефект сварного шва или в ЗТВ формируется:

  • в процессе кристаллизации;
  • твердожидкой структуре;
  • твердом металле, нагретом до высокой температуры.

Горячие трещины при сварке узнаваемы по сильному окислению, они темного цвета. Разрушения чаще выявляют по границам структурных зерен. Несплошности формируются под действием нескольких факторов:

  • из-за неравномерности линейной и объемной усадок;
  • образования неорганических пленок;
  • формирования жидких прослоек при кристаллизации.

Способность к горячему растрескиванию зависит от величины и скорости нарастания кристаллитов, формирующих растягивающие напряжения, длительности процесса сварки.

Виды горячих трещин при сварке

Все виды несплошностей относятся к дефектам, отрицательно отражающихся на прочности соединений. Природа холодных и горячих трещин при сварке различная. Холодные появляются при остывании в результате возникающих внутренних напряжений. Горячие – следствие межкристаллических разрушений. Обычно имеют вид надрезов или несплошностей, различают макро- и микродефекты. Горячие трещины темного цвета (за счет окислов), извилистой формы. По локализации разделяются на две группы:

  • растрескивания в зоне термического влияния;
  • дефекты в металле сварного шва.

Околошовные бывают нескольких видов:

  • Кристаллизационные длинные, обычно раскрытые, не имеют заметных ответвлений. Зависят от двух параметров, влияющих на структуру стали:

формы затвердевания ванны расплава, с краев обычно образуются мелкие зерна, затем крупные столбчатые растут перпендикулярно оси;

размера угла между кристаллитами в поликристаллической структуре, они постепенно смыкаются.

Кристаллизационные горячие ратсрескивания бывают внутренними (выявляются методами неразрушающего контроля) и выходящими на поверхность, определяемыми визуально.

  • Ликвиационные горячие трещины связаны с неоднородностью химического состава. По виду мелкие, образуются в местах, где близко расположены столбчатые кристаллы. Зависят от химического состава, наличия тугоплавких легирующих элементов. Деформационная способность структуры также снижается за счет миграции примесей и загрязнений в пространство между зернами, формируются неметаллические включения. При кристаллизации легированных сталей тугоплавкие частицы становятся центром образования кристаллов.
  • Деформацонные, связанные с неравномерностью усадки.

Причины образования

Определить природу образования любых горячих трещин при сварке можно, зная механизм затвердевания металлов, способы формирования металлической структуры. Рассмотрим от чего появляются разрывы и несплошности.

Ликвиационные часто появляются при сварке:

  • Конструкционных сплавов, содержащих сульфиты. Растворяясь, неорганические соли формируют пленки в зоне термического влияния в районе границы зерен. Особенно склонны к формированию горячих трещин марки стали, содержащие S (серу), P (фосфор). Эти вредные примеси при сварке ухудшают качество швов.
  • Сплавы, в состав которых входит Ti (титан), Nb (ниобий), V (ванадий), W (вольфрам), Cr (хром), Mo (молибден) и другие легирующие металлы с низкой температурой отвердевания, при кристаллизации образуют дендриты разной формы. Легкоплавкие элементы кристаллизуются на стыке границ дендритов в последнюю очередь. Нарушаются межкристаллические связи, возникают структурные напряжения.

От величины первичных кристаллитов металлов зависит способность к образованию горячих трещин в процессе сварки. Скорость растягивающих напряжений зависит от температуры.

Из-за низкого относительного удлинения горячие трещины формируются при сварке аустенитных легированных сталей. При жесткой фиксации заготовок для сварки затрудняется структурная деформация.

Кристаллизационные формируются при неправильном выборе технологии, если не учитывается высокое содержание неметаллов и легирующих элементов. Когда превышены значения сварочного тока, возникают крупнозернистые области, приводящие к формированию внутренних напряжений между растущими кристаллитами.

К внешним причинам горячих растрескиваний относятся примеси, появляющиеся в структуре металла в процессе сваривания. Внутренние связаны с сегрегацией – неравномерным распределением микрофаз, легирующих присадок, примесей.

Методы предотвращения появления горячих трещин

Предупреждая образование горячих трещин, при разработке технологии учитывают особенности кристаллизации металлов. Основные способы снижения риска дефектов:

  • исключить жесткие соединения;
  • увеличить размер шовного валика при соединении толстостенных заготовок;
  • варить металл короткими участками, делая широкий шов;
  • при круговой сварке, соединении длинных заготовок оставлять детали подвижными максимальное время, заделывать концевые стыки в последнюю очередь;
  • не завышать ампераж;
  • делать много проходов с промежуточным отжигом;
  • внимательно проваривать корневую область, дефекты формируются именно там.

Важно фиксировать заготовки минимально, без зажима, следить за положением электрода. Детали должны быть хорошо подготовлены, чтобы исключить окалину, ржавчину, неметаллические включения. Электроды выбирают по типу металла, режиму сварки.

Как снизить вероятность возникновения

Чтобы снизить риск горячего растрескивания, важно проверять качество сварных заготовок. Некоторые внутренние дефекты формируются при кристаллизации расплава, нарушении технологии раскисления. Избежать горячих трещин при сварке можно, соблюдая температурный режим, следить за кристаллизацией шовного валика. Большое значение имеет соотношение концентрации серы и кислорода. Чем оно выше, тем лучше качество соединений. При снижении соотношения S/О на границе формирующихся зерен образуются пленки, которые, проникая в жидкую фазу, приводят к внутренним дефектам.

К способам устранения вредных факторов относятся:

  • Отжиг готовых соединений, изменяется структура зерен в шве, зоне термического влияния, становится однородной, устраняются внутренние напряжения;
  • некоторые металлы в процессе кристаллизации прогревают, чтобы снизить скорость охлаждения, минимизируется риск образования областей жидкой фазы внутри шва;
  • электроды предварительно прокаливают, детали предварительно нагревают (температура зависит от вида металла).

Требуется соблюдать требования, правила и нормативы, токовые режимы, скорость формирования шовного валика. При выборе оптимальной температуры нагрева технологи учитывают особенности химического состава сталей, алюминиевых и цветных сплавов.

Устранение трещины

Единственно возможный метод борьбы с горячими трещинами – снова проварить металл. До этого дефект вырезается. Технология регламентируется ГОСТ 5264-80 (ММА, MIG/MAG, TIG сварка), ГОСТ 1153-75 (сварка полуавтоматами и автоматами).

Реставрации подлежат участки, где обнаружены внутренние или внешние дефекты. Некоторые структурные нарушения в области термического влияния и сварного соединения устранить невозможно. Явный брак приходится вырезать участками полностью.

Зная причины образования горячих растрескиваний, специалисты тщательно подбирают электроды или присадочную проволоку, следят за технологией. Гораздо проще избежать дефектов, чем устранять их.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector