Центр новостей

1. Горячая трещина

Она образуется при высокой температуре при сварке, поэтому ее называют горячей трещиной, которая характеризуется растрескиванием по границам предшествующих аустенитных зерен. В зависимости от материала свариваемого металла (низколегированная высокопрочная сталь, нержавеющая сталь, чугун, алюминиевый сплав и некоторые специальные металлы и др.) форма, диапазон температур и основные причины образования горячих трещин также различны. . В настоящее время термические трещины делятся на три категории: кристаллические трещины, трещины разжижения и многосторонние трещины.

1) Кристаллизационные трещины в основном возникают в сварных швах углеродистых и низколегированных сталей с большим количеством примесей (в том числе с высоким содержанием S, P, C, Si) и однофазных аустенитных сталей, сплавов на основе никеля и некоторых сварных швов алюминиевых сплавов. Этот вид трещин возникает в процессе кристаллизации шва, вблизи линии солидуса, из-за усадки затвердевшего металла, остаточного жидкого металла недостаточно и не может быть своевременно заполнено, а под действием напряжения возникает межкристаллитное растрескивание.

К мерам профилактики и контроля относятся: по металлургическим факторам адекватная корректировка состава металла шва, сокращение диапазона температурной зоны хрупкости, контроль содержания в шве вредных примесей, таких как сера, фосфор, углерод, уточнение первичных зерен металла шва, то есть соответствующим образом добавить Mo, V, Ti, Nb и другие элементы, что с точки зрения технологии можно предотвратить путем предварительного нагрева перед сваркой, контролируя энергию линии и уменьшая стеснение в соединении.

2) Трещины разжижения в околоразрушающей зоне представляют собой микротрещины по границам аустенитных зерен небольшого размера, возникающие в околоразрушающей зоне ЗТВ или между слоями. Как правило, это вызвано переплавлением легкоплавкой эвтектической композиции на границах аустенитных зерен в этих областях при высоких температурах в металле вблизи шва или в металле между слоями шва при сварке, а также под действием растягивающих напряжений Аустенит межкристаллитные трещины с образованием трещин разжижения.

Меры по предотвращению этого вида трещин в основном такие же, как и для кристаллических трещин. Особенно с точки зрения металлургии очень эффективно максимально снизить содержание легкоплавких эвтектических элементов, таких как сера, фосфор, кремний и бор; с точки зрения технологии это может снизить энергию линии и уменьшить вогнутость. линии сплавления расплавленной ванны.

3) Многосторонние трещины обусловлены малой пластичностью при высокой температуре в процессе формирования многоугольников. Этот вид трещин встречается нечасто, и меры по его предотвращению могут включать такие элементы, как Mo, W, Ti и т. д.

2. Разогрейте трещины

Обычно это происходит в некоторых марках стали и суперсплавах, содержащих элементы дисперсионного упрочнения (включая низколегированные высокопрочные стали, перлитные жаростойкие стали, дисперсионно-упрочненные суперсплавы и некоторые аустенитные нержавеющие стали), и после сварки трещин не обнаруживается. образующиеся при термообработке. Трещины повторного нагрева возникают в перегретых крупнозернистых участках околошовной зоны шва и имеют направление расширения по аустенитным крупнозернистым границам линии сплавления.

С точки зрения выбора материала для предотвращения трещин при повторном нагреве можно выбрать мелкозернистую сталь. С точки зрения технологии, выберите меньшую энергию линии, выберите более высокую температуру предварительного нагрева и сотрудничайте с последующими термическими мерами, а также выберите сварочный материал с низким соответствием, чтобы избежать концентрации напряжений.

3. Холодная трещина

В основном это происходит в зоне термического влияния сварки высоко- и среднеуглеродистой стали, низко- и среднелегированной стали, но у некоторых металлов, таких как некоторые сверхвысокопрочные стали, титан и титановые сплавы, иногда в сварном шве также возникают холодные трещины. В целом, склонность марки стали к упрочнению, содержание и распределение водорода в сварном соединении, а также состояние стеснительного напряжения в соединении являются тремя основными факторами, вызывающими образование холодных трещин при сварке высокопрочных сталей. Образующаяся после сварки мартенситная структура находится под действием элемента водорода и в сочетании с растягивающими напряжениями образуются холодные трещины. Его образование обычно трансгранулярное или межкристаллитное. Холодные трещины, как правило, делятся на трещины в носке сварного шва, трещины под валиком и корневые трещины.

Профилактику и борьбу с холодными трещинами можно начать с трех аспектов: химического состава заготовки, выбора сварочных материалов и технологических мероприятий. По возможности следует выбирать материалы с более низким углеродным эквивалентом, в качестве сварочных материалов использовать электроды с низким содержанием водорода, для сварных швов применять низкопрочную сварку, для материалов с высокой склонностью к холодному растрескиванию можно использовать также аустенитные сварочные материалы. ; Термическая обработка является технологической мерой предотвращения холодного растрескивания.

В сварочном производстве в связи с различными типами стали и применяемыми сварочными материалами, типом конструкции, степенью жесткости, специфическими условиями строительства могут возникать различные формы холодных трещин. Однако в производстве чаще всего встречается замедленное растрескивание.

Различают три формы замедленного растрескивания:

1) Трещины в сварном шве. Этот тип трещин возникает на стыке основного металла и сварного шва и имеет очевидную концентрацию напряжений. Направление трещины часто параллельно валику сварного шва, как правило, начиная с поверхности носка сварного шва и уходя вглубь основного металла.

2) Трещины под валиком сварного шва. Этот тип трещин часто возникает в зоне термического влияния сварного шва с большей тенденцией к упрочнению и более высоким содержанием водорода. Обычно направление трещины параллельно линии сплавления.

3) Корневая трещина. Этот тип трещины является распространенной формой замедленной трещины, которая в основном возникает при высоком содержании водорода и недостаточной температуре предварительного нагрева. Этот вид трещин похож на трещину в кромке сварного шва и возникает в месте, где концентрация напряжений является наибольшей в корне сварного шва. Корневые трещины могут появиться в крупнозернистых участках зоны термического влияния, а также в металле шва.

Склонность марки стали к упрочнению, содержание и распределение водорода в сварном соединении, а также ограничивающее напряженное состояние соединения являются тремя основными факторами, вызывающими образование холодных трещин при сварке высокопрочных сталей. Эти три фактора взаимосвязаны и взаимно усиливают друг друга при определенных условиях.

Склонность марок стали к закалке в основном зависит от химического состава, толщины листа, процесса сварки и условий охлаждения. Во время сварки, чем больше склонность стали к закалке, тем легче образуются трещины. Почему сталь трескается после закалки? Его можно свести к следующим двум аспектам.

а: Образование хрупкой и твердой мартенситной структуры - мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе ɑ, атомы углерода существуют в решетке в виде межузельных атомов, заставляя атомы железа отклоняться от положения равновесия, а решетка больше искажена , что приводит к уплотнению ткани. Особенно в условиях сварки температура нагрева в пришовной области очень высока, что вызывает серьезный рост аустенитных зерен.При быстром охлаждении крупный аустенит превращается в крупнозернистый мартенсит. Из теории прочности металлов известно, что мартенсит представляет собой хрупкую и твердую структуру, которая при разрушении потребляет мало энергии, поэтому при наличии мартенсита в сварном соединении легко образуются и расширяются трещины.

b: Закалка создает больше дефектов решетки. Металлы могут образовывать много дефектов решетки в термически несбалансированных условиях. Эти дефекты решетки в основном представляют собой вакансии и дислокации. С увеличением термической деформации в околошовной зоне сварки в условиях напряженно-термического дисбаланса будут двигаться и агрегировать как вакансии, так и дислокации, а при достижении их концентрации некоторого критического значения будут образовываться очаги трещин. При продолжающемся действии напряжения он будет продолжать расширяться и образовывать макроскопические трещины.

Водород является одним из важных факторов, вызывающих холодные трещины при сварке высокопрочной стали, и обладает характеристиками замедления, поэтому замедленные трещины, вызванные водородом, во многих литературах называются «трещинами, вызванными водородом». Экспериментальные исследования показали, что чем выше содержание водорода в сварных соединениях высокопрочных сталей, тем больше чувствительность трещин.При достижении содержания водорода в локальной области некоторого критического значения начинают появляться трещины.Это значение называется критическим величина трещинообразования Содержание водорода [H]кр.

Величина [H]cr холодного растрескивания различных сталей различна и связана с химическим составом, жесткостью, температурой предварительного нагрева и условиями охлаждения стали.

1: Во время сварки влага в сварочном материале, ржавчина в канавке сварного шва, масляное пятно и влажность окружающей среды являются причинами обогащения сварного шва водородом. В нормальных условиях количество водорода в основном металле и сварочной проволоке очень мало, но нельзя игнорировать влагу в покрытии сварочного стержня и влагу в воздухе, которые становятся основным источником увеличения содержания водорода.

2: Способность водорода растворяться и диффундировать в разные металлические структуры различна, и растворимость водорода в аустените намного больше, чем в феррите. Поэтому растворимость водорода резко снижается при превращении аустенита в феррит при сварке. В то же время скорость диффузии водорода как раз наоборот резко возрастает при превращении аустенита в феррит.

Под действием высокой температуры при сварке в расплавленной ванне растворится большое количество водорода, при последующем процессе охлаждения и затвердевания из-за резкого снижения растворимости водород максимально улетучится, но за счет при быстром охлаждении водород не может вовремя выйти и остается в металле шва, образуя диффузионный водород.

4. Ламинарный разрыв

Это внутреннее низкотемпературное растрескивание. Он ограничен основным металлом или зоной термического влияния сварного шва толстых листов и в основном возникает в соединениях типа «L», «T» и «+». Он определяется как ступенчатая холодная трещина в основном металле, возникающая в основном металле из-за недостаточной пластичности в направлении толщины прокатанного толстого стального листа, чтобы выдерживать усадочную деформацию при сварке в этом направлении. Как правило, в процессе прокатки толстого стального листа некоторые неметаллические включения в стали прокатываются в лентообразные включения, параллельные направлению прокатки, и эти включения вызывают анизотропию механических свойств стального листа. Чтобы предотвратить ламинарный разрыв, при выборе материалов можно выбрать рафинированную сталь, то есть можно выбрать стальной лист с высокими характеристиками в направлении z, а конструкцию соединения можно улучшить, чтобы избежать односторонних сварных швов или открыть канавки на напряжение бокового подшипника в направлении z.

Ламинарный разрыв отличается от холодного растрескивания, и его возникновение не связано с уровнем прочности стали, а в основном связано с количеством и распределением включений в стали. Как правило, катаные толстые стальные листы, такие как низкоуглеродистая сталь, низколегированная высокопрочная сталь и даже листы из алюминиевого сплава, также имеют ламинарный разрыв. В зависимости от расположения ламинарного разрыва его можно условно разделить на три категории:

Первый тип представляет собой ламинарный надрыв, вызванный холодным растрескиванием в носке или корне шва в зоне термического влияния.

Второй тип – трещины по включению в околошовной зоне сварки, являющиеся наиболее распространенным в технике пластинчатым надрывом.

Третий тип растрескивания по включениям в основном металле вдали от зоны термического влияния обычно возникает в толстолистовой структуре с большим количеством чешуйчатых включений MnS.

Морфология ламинарного разрыва тесно связана с типом, формой, распределением и расположением включений. При преобладании пластинчатых включений MnS вдоль направления прокатки пластинчатый надрыв имеет четкую ступенчатую форму, при преобладании силикатных включений — линейную, при преобладании включений Al — неправильную.

При сварке толстолистовой конструкции, особенно Т-образных и угловых соединений, в условиях жесткой фиксации, когда сварной шов сжимается, в направлении толщины основного металла возникают большие растягивающие напряжения и деформации. превышает пластичность основного металла.При увеличении деформационной способности разделение между включением и металлической матрицей приведет к микротрещинам.При непрерывном действии напряжения вершина трещины будет расширяться вдоль плоскости, где находится включение , образуя так называемую «платформу».

Есть много факторов, которые влияют на ламинарный разрыв, в том числе следующие:

1: Тип, количество и распределение неметаллических включений являются основными причинами ламинарного разрыва, которые являются первопричиной различия анизотропии и механических свойств стали.

2: Ограничивающее напряжение в направлении Z Толстостенные сварные конструкции подвергаются различным ограничительным напряжениям в направлении Z, остаточным напряжениям и нагрузкам после сварки в процессе сварки, которые представляют собой механические условия, вызывающие ламинарный разрыв.

3: Влияние водорода. Обычно считается, что вблизи зоны термического влияния водород является важным фактором, влияющим на ламинарный разрыв, вызванный холодным растрескиванием.

Из-за большого влияния и серьезного вреда ламинарного разрыва необходимо перед строительством оценить чувствительность ламинарного разрыва стали.

Обычно используемыми методами оценки являются уменьшение растяжения сечения в направлении Z и метод критического напряжения болта в направлении Z. Чтобы предотвратить разрыв ламеллярного слоя, коэффициент усадки площади не должен быть менее 15%, и обычно ожидается, что он будет составлять 15-20 %.Когда он составляет 25 %, считается, что сопротивление ламеллярному разрыву является превосходным.

Для предотвращения ламинарного разрыва следует принимать меры в основном по следующим аспектам:

Во-первых, метод предварительной десульфурации расплавленного железа широко используется при рафинировании стали, а вакуумная дегазация может использоваться для выплавки стали со сверхнизким содержанием серы, содержащей всего 0,003–0,005% серы, а скорость усадки ее сечения (направление Z) может достигать 23~25%.

Во-вторых, морфология сульфидных включений контролируется путем превращения MnS в сульфиды других элементов, что затрудняет удлинение в процессе горячей прокатки и тем самым снижает анизотропию. В настоящее время широко используемыми аддитивными элементами являются кальций и редкоземельные элементы. После вышеупомянутой обработки стали может быть изготовлен стальной лист с антипластинчатым разрывом со степенью усадки площади в направлении Z 50-70%.

В-третьих, с точки зрения предотвращения ламинарного разрыва процесс проектирования и строительства в основном направлен на предотвращение напряжения и концентрации напряжения в направлении Z. Конкретные меры заключаются в следующем:

1) Односторонних сварных швов следует по возможности избегать, а двухсторонние швы следует применять для облегчения напряженного состояния в корневой зоне швов, с целью предотвращения концентрации напряжений.

2) Симметричные угловые швы с небольшим количеством сварки используются вместо швов с полным проплавлением с большим количеством сварки, чтобы избежать чрезмерного напряжения.

3) Скосы должны быть сделаны на стороне, несущей напряжение в направлении Z.

4) Для Т-образных соединений слой низкопрочного сварочного материала может быть предварительно наплавлен на горизонтальную пластину, чтобы предотвратить образование корневых трещин и уменьшить нагрузку при сварке.

5) Для предотвращения ламинарного разрыва, вызванного холодным растрескиванием, должны быть приняты некоторые меры для предотвращения холодного растрескивания, насколько это возможно, такие как уменьшение количества водорода, соответствующее увеличение предварительного нагрева и контроль температуры между слоями.