Холодные трещины при дуговой сварке сталей

Холодные трещины при дуговой сварке сталей

Определение. Первоначально признаком, по которому трещины относились к холодным, было их расположение в зоне термического влияния. В литературе их называют «трещины в основном металле», «подваликовые трещины», «трещины в закаленной зоне», «холодные трещины в зоне термического влияния» и т. п.

Холодные трещины (XT) образуются в сварных соединениях при охлаждении их до относительно невысоких температур, как правило, ниже 200 °С. К этому времени металл шва и околошовной зоны приобретает высокие упругие свойства, присущие ему при нормальных температурах. XT являются типичным дефектом сварных соединений из среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Значительно реже они возникают в соединениях из низколегированных ферритно-перлитных сталей и высоколегированных сталей аустенитного класса. Ввиду преимущественного возникновения XT в соединениях из восприимчивых к закалке мартенситных и перлитных сталей трещины этого типа иногда называли закалочными. Холодные трещины наиболее часто поражают околошовную зону и реже — металл шва (рис. 4.1 и 4.2).

Наиболее простым способом идентификации XT является разрушение образцов, содержащих трещину, таким образом, чтобы поверхность дефекта обнажилась. Поверхности холодных трещин почти всегда имеют металлический блеск. Изредка на поверхности излома холодных трещин наблюдается тонкая оксидная пленка, которая придает ей голубой оттенок.

Морфология горячих и холодных трещин обычно одинаковая. Но, если горячие трещины, как правило, разветвленные, то XT более плоские и прямолинейные. Кроме того, они раскрыты шире и четко ориентированы в одном направлении, потому что в момент образования трещины усадочные напряжения в температурной зоне XT значительно выше.

При определении характера трещин могут быть использованы такие наблюдения:

а) количество XT уменьшается с увеличением температуры предварительного подогрева образца;

б) количество XT уменьшается с увеличением погонной энергии сварки.

При фрактографическом анализе поверхности холодной трещины часто наблюдаются кроме плоских участков ее поверхности микрозоны со ступенчатым изломом.

Морфология холодных трещин. В зависимости от расположения в сварном соединении различают продольные и поперечные трещины, залегающие в металле шва и околошовной зоне (рис. 4.3). Особо выделяют продольные трещины, залегающие в зоне сплавления шва с основным металлом, которые называют отрывами. Продольные трещины, расположенные в околошовной зоне, называют отколами. Часто встречаются также поперечные и продольные трещины, переходящие из околошовной зоны в шов. Переход трещин из шва в околошовную зону встречается значительно реже. Поперечные трещины, зародившиеся в околошовной зоне и перешедшие в шов, показаны на рис. 4.4. Трещины отмеченных видов могут выходить и не выходить на поверхность свариваемого металла. В зависимости от этого их называют наружными или внутренними трещинами.

Рис. 4.1. Зона термического влияния низколегированной С-Мn стали, водородная трещина в корне однопроходного углового шва

Рис. 4.2. Трещины, вызванные водородом, в зоне термического влияния многопроходного сварного шва стыкового соединения стали класса DH-36 толщиной 44 мм, выполненного порошковой проволокой типа Е71Т-1МН8 с тепловложением 1,6 кДж/мм при температуре свариваемого металла 16 °С и относительной влажности воздуха в зоне сварки 80 %

Отколы являются наиболее общим и частым дефектом сварных соединений. Отрывы встречаются, как правило, в сварных соединениях из закаливающихся сталей, в которых металл шва имеет аустенитную структуру. Поперечные трещины в околошовной зоне встречаются редко и, как правило, только при сварке многослойных швов.

Рис. 4.3. Типы холодных трещин по месту их расположения: 1 — продольные; 2 — поперечные; 3 — в зоне термического влияния

XT в шве образуются главным образом при повышенном содержании в металле шва углерода и легирующих элементов. Наиболее часто в сварных соединениях встречаются околошовные трещины.

Кроме температуры возникновения, внешнего вида и расположения в соединении важнейшей отличительной чертой холодных трещин является их задержанное зарождение и замедленное развитие. Они возникают по истечении некоторого времени после окончания сварки, и затем медленно, на протяжении нескольких часов и даже суток, распространяются в металле.

Рис. 4.4. Индуцированные водородом трещины в зоне термического влияния угловых (а) и стыковых (б) швов: 1 — внешняя продольная трещина на границе сварного шва; 2 — подваликовая трещина; 3 — трещина в корне шва; 4 — поперечная трещина

Известны примеры, когда трещины возникали даже по истечении нескольких десятков суток.

Холодные трещины чаще всего развиваются прерывисто (скачкообразно), причем одновременно может развиваться несколько микротрещин. Если же в соединении при сварке накопилась большая энергия упругой деформации, то после начального периода замедленного развития холодная трещина растет мгновенно (взрывообразно) и со значительным звуковым и механическим эффектом распространяется на все сечение соединения.

Итак, XT являются типичным дефектом сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Значительно реже они возникают в соединениях из низколегированных ферритно-перлитных сталей и высоколегированных сталей аустенитного класса. XT образуются в сварных соединениях при охлаждении их до относительно невысоких температур, как правило, ниже 200 °С.