Trhliny pri zváraní sú svojou povahou rozdelené na horúce trhliny, trhliny pri prehriatí, studené trhliny, lamelové trhliny atď. Nasleduje podrobné vysvetlenie príčin, charakteristík a spôsobov prevencie rôznych trhlín.
01
horúce trhliny
Vzniká pri vysokých teplotách pri zváraní, preto sa nazýva hot crack. Vyznačuje sa praskaním pozdĺž pôvodnej hranice zŕn austenitu. V závislosti od materiálov zváraného kovu (nízkolegovaná vysokopevná oceľ, nehrdzavejúca oceľ, liatina, zliatina hliníka a niektoré špeciálne kovy atď.) sa tiež líši tvar, teplotný rozsah a hlavné príčiny trhlín za tepla. V súčasnosti sa tepelné trhliny delia do troch kategórií: kryštálové trhliny, skvapalňovacie trhliny a polylaterálne trhliny.
obrázok
(1) Kryštálové praskliny
Vyskytuje sa najmä vo zvaroch uhlíkovej ocele a nízkolegovanej ocele s väčším množstvom nečistôt (obsahujúcich vysoký obsah S, P, C, Si) a jednofázovej austenitickej oceli, zliatinách na báze niklu a niektorých zvaroch zliatin hliníka. Tento druh trhlín sa vyskytuje počas procesu kryštalizácie zvárania v blízkosti čiary solidus. V dôsledku zmrštenia stuhnutého kovu je zvyškový tekutý kov nedostatočný a nedá sa včas naplniť. Pri pôsobení napätia dochádza k medzikryštalickému praskaniu.
Preventívne a kontrolné opatrenia sú: z hľadiska metalurgických faktorov vhodne upraviť zloženie zvarového kovu, skrátiť rozsah krehkej teplotnej zóny, kontrolovať obsah škodlivých nečistôt ako je síra, fosfor, uhlík vo zvare; zjemniť primárne zrná zvarového kovu, to znamená vhodne pridať Mo, V, Ti, Nb a ďalšie prvky; technologicky sa mu dá predísť predohrevom pred zváraním, riadením energie vedenia, znížením zdržania kĺbov a pod.
(2) Skvapalňovacie trhliny v blízkosti oblasti spoja
Je to druh mikrotrhliny, ktorá praská pozdĺž hranice austenitového zrna. Jeho veľkosť je veľmi malá a vyskytuje sa v HAZ blízko oblasti švu alebo medzi vrstvami. Jeho vznik je vo všeobecnosti spôsobený skutočnosťou, že kov v oblasti blízkeho švu alebo kov medzi zvarovými švami počas zvárania spôsobuje, že eutektické zloženie s nízkou teplotou topenia na hraniciach austenitových zŕn v týchto oblastiach sa pretavuje pri vysokých teplotách. Pôsobením ťahového napätia nízkotaviteľné eutektické zloženie austenitové medzikryštalické trhliny tvoria skvapalňovacie trhliny.
Preventívne a kontrolné opatrenia pre tento druh trhlín sú v podstate rovnaké ako pre kryštálové trhliny. Najmä v metalurgii je veľmi efektívne čo najviac znížiť obsah eutektických prvkov s nízkou teplotou topenia, ako je síra, fosfor, kremík, bór; z hľadiska technológie môže znížiť energiu linky a znížiť konkávnosť fúznej linky v roztavenom bazéne.
(3) Polygonálne trhliny
Je to spôsobené nízkou plasticitou pri vysokých teplotách pri tvorbe polygónov. Tento druh trhlín nie je bežný a jeho preventívne a kontrolné opatrenia môžu zahŕňať pridávanie prvkov ako Mo, W, Ti atď. do zvaru na zvýšenie polylaterálnej excitačnej energie.
02
prehriať trhlinu
Zvyčajne sa vyskytuje v určitých typoch ocelí a vysokoteplotných zliatinách obsahujúcich precipitačné spevňujúce prvky (vrátane nízkolegovaných vysokopevnostných ocelí, perlitických žiaruvzdorných ocelí, precipitáciou spevňovaných vysokoteplotných zliatin a niektorých austenitických nehrdzavejúcich ocelí). Po zváraní neboli nájdené žiadne trhliny. Namiesto toho sa počas procesu tepelného spracovania vyskytli trhliny. V prehriatych hrubozrnných častiach tepelne ovplyvnenej zóny zváraním vznikajú trhliny prehrievania a ich smer je rozširovanie pozdĺž hraníc hrubozrnných zŕn austenitu tavnej čiary.
Pokiaľ ide o výber materiálu, aby sa zabránilo vzniku trhlín pri opätovnom zahrievaní, možno použiť jemnozrnnú oceľ. Pokiaľ ide o technológiu, používajte menšiu lineárnu energiu, používajte vyššiu teplotu predhrievania a následné ohrievacie opatrenia a používajte zváracie materiály s nízkou zhodou, aby ste sa vyhli koncentrácii napätia.
03
studená trhlina
Vyskytuje sa hlavne v oblasti zvárania tepelne ovplyvnenej ocele s vysokým a stredným obsahom uhlíka, nízko a stredne legovanej ocele, ale niekedy sa trhliny za studena vyskytujú aj vo zvaroch niektorých kovov, ako sú niektoré ocele s ultra vysokou pevnosťou, titán a zliatiny titánu. Vo všeobecnosti sú tendencia tvrdnutia typu ocele, obsah vodíka a distribúcia zvarového spoja a stav obmedzujúceho napätia spoja tri hlavné faktory, ktoré spôsobujú trhliny za studena počas zvárania vysokopevnostnej ocele. Pri pôsobení vodíkového prvku a ťahového napätia vytvára martenzitická štruktúra vytvorená po zváraní studené trhliny. Jeho tvorba je vo všeobecnosti transgranulárna alebo intergranulárna. Studené trhliny sa vo všeobecnosti delia na trhliny v špičke zvaru, trhliny vo zvare a trhliny v koreni.
Prevencia a kontrola trhlín za studena môže začať z troch aspektov: chemické zloženie obrobku, výber zváracích materiálov a procesné opatrenia. Materiály s nižšími uhlíkovými ekvivalentmi by sa mali používať čo najviac; Ako zváracie materiály by sa mali použiť elektródy s nízkym obsahom vodíka a na zvary by sa malo použiť prispôsobenie s nízkou pevnosťou. Austenitické zváracie materiály môžu byť tiež použité pre materiály s vysokou tendenciou k praskaniu za studena; lineárna energia, predohrev a dohrev by sa mali primerane kontrolovať. Tepelné spracovanie je procesné opatrenie na zabránenie praskaniu za studena.
Pri výrobe zvárania sa v dôsledku rôznych druhov ocele a použitých zváracích materiálov, typu a tuhosti konštrukcie a špecifických stavebných podmienok môžu vyskytnúť rôzne formy trhlín za studena. S oneskoreným praskaním sa však stretávame najmä vo výrobe.
Oneskorené praskanie má tri formy:
(1) Trhlina zvarovej špičky – Tento typ praskliny pochádza z rozhrania medzi základným kovom a zvarom a má zrejmé miesta koncentrácie napätia. Smer trhliny je často rovnobežný so zvarovou húsenicou a vo všeobecnosti začína od povrchu špičky zvaru a siaha do hĺbky základného kovu.
(2) Trhliny pod zvarom - Tento druh trhlín sa často vyskytuje v oblasti tepelne ovplyvnenej zváraním s veľkou tendenciou tvrdnutia a vysokým obsahom vodíka. Vo všeobecnosti je smer trhliny rovnobežný s líniou fúzie.
(3) Koreňová trhlina – tento typ trhliny je bežnou formou oneskorenej trhliny, ktorá sa vyskytuje hlavne vtedy, keď je vysoký obsah vodíka a teplota predohrevu je nedostatočná. Tento typ trhliny je podobný trhline na špičke zvaru a pochádza z koreňa zvaru, kde je koncentrácia napätia najväčšia. Koreňové trhliny sa môžu vyskytnúť v hrubozrnnom segmente tepelne ovplyvnenej zóny alebo vo zvarovom kove.
Tendencia tvrdnutia typu ocele, obsah vodíka a rozloženie zvarového spoja a stav zadržiavacieho napätia spoja sú tri hlavné faktory, ktoré spôsobujú trhliny za studena pri zváraní vysokopevnostnej ocele. Tieto tri faktory spolu súvisia a za určitých podmienok sa navzájom posilňujú.
Tendencia tvrdnutia typov ocelí je určená hlavne chemickým zložením, hrúbkou plechu, procesom zvárania a podmienkami chladenia. Pri zváraní, čím väčšia je tendencia tvrdnutia typu ocele, tým ľahšie je vytváranie trhlín. Prečo oceľ po vytvrdnutí praská? Dá sa to zhrnúť do nasledujúcich dvoch aspektov:
(1) Vznik krehkej a tvrdej martenzitovej štruktúry - martenzit je presýtený tuhý roztok uhlíka v ɑ železe. Atómy uhlíka existujú ako intersticiálne atómy v kryštálovej mriežke, čo spôsobuje, že atómy železa sa odchyľujú od rovnovážnej polohy a kryštálová mriežka sa mení. Veľké skreslenie spôsobuje, že tkanivo je v stvrdnutom stave. Najmä v podmienkach zvárania je teplota ohrevu v oblasti blízko švu veľmi vysoká, čo spôsobuje vážne rast austenitových zŕn. Pri rýchlom ochladení sa hrubý austenit premení na hrubý martenzit. Z teórie pevnosti kovov je známe, že martenzit je krehká a tvrdá štruktúra, ktorá pri zlome spotrebuje menej energie. Preto, keď sa v zvarovom spoji nachádza martenzit, trhliny sa ľahko vytvárajú a rozširujú.
(2) Kalenie vytvorí viac mriežkových defektov - kov vytvorí veľké množstvo mriežkových defektov v podmienkach tepelnej nerovnováhy. Tieto mriežkové defekty sú najmä vačky a dislokácie. Keď sa tepelné napätie v zóne ovplyvnenej teplom zvárania zvyšuje, voľné miesta a dislokácie sa budú pohybovať a hromadiť v podmienkach napätia a tepelnej nerovnováhy. Keď ich koncentrácia dosiahne určitú kritickú hodnotu, vytvoria sa zdroje trhlín. Pri pokračujúcom pôsobení napätia sa budú makroskopické trhliny naďalej rozširovať a vytvárať.
Vodík je jedným z dôležitých faktorov spôsobujúcich trhliny za studena pri zváraní vysokopevnostnej ocele a má oneskorené charakteristiky. Preto sa oneskorené trhliny spôsobené vodíkom v mnohých dokumentoch nazývajú „praskánie vyvolané vodíkom“. Experimentálne štúdie preukázali, že čím vyšší je obsah vodíka vo zvarových spojoch z vysokopevnostnej ocele, tým väčšia je citlivosť na trhliny. Keď obsah vodíka v miestnej oblasti dosiahne určitú kritickú hodnotu, začnú sa objavovať trhliny. Táto hodnota sa nazýva kritická hodnota pre tvorbu trhlín. Obsah vodíka [H]cr.
Hodnota [H]cr praskania za studena v rôznych oceliach je rôzna a súvisí s chemickým zložením, pevnosťou ocele, teplotou predhrievania a podmienkami chladenia ocele.
(1) Počas zvárania sú príčinou zvarov bohatých na vodík vlhkosť zváracieho materiálu, hrdza, olejové škvrny v drážke zvaru a vlhkosť prostredia. Za normálnych okolností je množstvo vodíka v základnom kove a zváracom drôte veľmi malé, ale vlhkosť v povlaku elektródy a vlhkosť vo vzduchu sa nedajú ignorovať a stávajú sa hlavným zdrojom hydrogenácie.
(2) Rozpúšťacie a difúzne schopnosti vodíka v rôznych kovových štruktúrach sú rôzne. Rozpustnosť vodíka v austenite je oveľa väčšia ako vo ferite. Preto pri prechode z austenitu na ferit počas zvárania sa rozpustnosť vodíka náhle zníži. Zároveň je rýchlosť difúzie vodíka práve opačná a náhle sa zvyšuje pri transformácii z austenitu na ferit.
Pôsobením vysokej teploty počas zvárania sa v roztavenom kúpeli rozpustí veľké množstvo vodíka. Pri následnom procese ochladzovania a tuhnutia v dôsledku prudkého poklesu rozpustnosti unikne vodík v maximálnej možnej miere, ale vďaka prudkému ochladeniu už vodík nestihne uniknúť. Zostáva vo zvarovom kove za vzniku difúzneho vodíka.
04
Lamelárna trhlina
Ide o vnútorné nízkoteplotné praskanie. Obmedzuje sa na základný kov alebo zvar tepelne ovplyvnenú oblasť hrubých plechov a väčšinou sa vyskytuje v spojoch typu „L“, „T“ a „+“. Je definovaná ako stupňovitá studená trhlina, ktorá sa vyskytuje v základnom materiáli, pretože plasticita valcovaného hrubého oceľového plechu v smere hrúbky nie je dostatočná na to, aby odolala namáhaniu pri zmrašťovaní pri zváraní v tomto smere. Vo všeobecnosti je to preto, že počas procesu valcovania hrubých oceľových plechov sa niektoré nekovové inklúzie v oceli valcujú do pásových inklúzií rovnobežných so smerom valcovania. Tieto inklúzie spôsobujú anizotropnú vodivosť v mechanických vlastnostiach oceľového plechu. Aby ste zabránili lamelárnemu trhaniu, môžete pri výbere materiálu použiť rafinovanú oceľ, to znamená použiť oceľové dosky s vysokým výkonom v smere z. Môžete tiež vylepšiť dizajn spoja, aby ste sa vyhli jednostranným zvarom alebo vytvoriť drážky na strane, ktorá nesie napätie v smere Z.
Lamelárne trhanie sa líši od praskania za studena. Jeho výskyt nemá nič spoločné s úrovňou pevnosti daného typu ocele, ale súvisí najmä s množstvom inklúzií a tvarom rozloženia v oceli. Vo všeobecnosti sa lamelárne trhliny môžu vyskytnúť vo valcovaných hrubých oceľových doskách, ako sú nízkouhlíková oceľ, nízkolegovaná vysokopevnostná oceľ a dokonca aj dosky z hliníkovej zliatiny. Lamelárne slzy možno zhruba rozdeliť do troch kategórií podľa ich umiestnenia:
Prvým typom je lamelárne trhanie spôsobené studenými trhlinami v špičke zvaru alebo koreni zvaru v oblasti tepelne ovplyvnenej zváraním.
Druhým typom je inklúzne praskanie pozdĺž tepelne ovplyvnenej zóny zvárania, čo je najbežnejšie lamelové trhanie v strojárstve.
Tretí typ praskania inklúzií v základnom kove mimo tepelne ovplyvnenej zóny sa všeobecne vyskytuje v hrubých doskových štruktúrach s väčším množstvom vločiek MnS.
obrázok
Forma lamelárneho trhania úzko súvisí s typom, tvarom, distribúciou a umiestnením inklúzií. Keď sú v smere valcovania dominantné vločkovité inklúzie MnS, lamelové trhanie má zreteľný stupňovitý tvar, keď v ňom dominujú silikátové inklúzie, je lineárne a keď v ňom prevládajú inklúzie Al, je nepravidelné. Stupňovaný.
Pri zváraní hrubých doskových konštrukcií, najmä spojov v tvare T a rohových spojov, pri pevných obmedzeniach spôsobí zmršťovanie zvaru veľké ťahové napätie a napätie v smere hrúbky základného kovu. Keď napätie presiahne plasticitu základného kovu, Keď dôjde k deformačnej schopnosti, inklúzie a kovová matrica sa oddelia a vzniknú mikrotrhliny. Pri pokračujúcom pôsobení napätia sa hroty trhlín rozšíria pozdĺž roviny, kde sa nachádzajú inklúzie, čím sa vytvorí takzvaná "platforma".
Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú lamelárne trhliny, najmä vrátane nasledujúcich aspektov:
(1) Druh, množstvo a forma distribúcie nekovových inklúzií sú podstatnou príčinou lamelárneho trhania. Je to základný dôvod anizotropie a mechanických vlastností ocele.
(2) Zadržiavacie napätie v smere Z
Hrubostenné zvárané konštrukcie znášajú rôzne zadržiavacie napätia v smere Z, zvyškové napätia po zváraní a zaťaženia počas procesu zvárania, čo sú mechanické podmienky, ktoré spôsobujú trhanie lamiel.
(3) Vplyv vodíka
Všeobecne sa predpokladá, že vodík je dôležitým ovplyvňujúcim faktorom pri lamelárnom trhaní vyvolanom praskaním za studena v blízkosti tepelne ovplyvnenej zóny.
Pretože lamelové trhanie má veľký vplyv a riziká sú veľmi vážne, je potrebné posúdiť citlivosť ocele na lamelové trhanie ešte pred konštrukciou.
Bežne používané metódy hodnotenia zahŕňajú zmršťovanie oblasti ťahu v smere Z a metódu kritického napätia v smere Z kolíka. Aby sa zabránilo lamelovému trhaniu, zmrštenie plochy by nemalo byť menšie ako 15%. Vo všeobecnosti sa očakáva 15 až 20 %. Pri 25% sa odolnosť lamiel proti roztrhnutiu považuje za vynikajúcu.
Aby sa zabránilo lamelárnemu trhaniu, mali by sa prijať opatrenia najmä z nasledujúcich hľadísk:
(1) Rafinovaná oceľ
Metóda skorého odsírenia roztaveného železa a vákuové odplynenie môže byť široko používaná na tavenie ocele s ultranízkym obsahom síry s obsahom síry iba 0.003~0,005 % a jej zmrašťovanie (Z smer) môže dosiahnuť 23~25%.
(2) Kontrolujte formu sulfidových inklúzií
Premieňa MnS na sulfidy iných prvkov, čo sťažuje predĺženie počas valcovania za tepla, čím sa znižuje anizotropia. V súčasnosti sú široko používanými prídavnými prvkami vápnik a prvky vzácnych zemín. Oceľ spracovaná ako je uvedené vyššie môže produkovať lamelárne oceľové dosky odolné voči roztrhnutiu so zmrštením plochy v smere Z 50 až 70 %.
(3) Z hľadiska prevencie lamelárneho trhania sa proces navrhovania a konštrukcie má predovšetkým vyhnúť namáhaniu v smere Z a koncentrácii napätia. Konkrétne opatrenia sú nasledovné:
1) Jednostranným zvarom by sa malo čo najviac vyhnúť. Použitie bilaterálnych zvarov namiesto toho môže zmierniť stav napätia v koreňovej zóne zvaru a zabrániť koncentrácii napätia.
2) Používajte symetrické kútové zvary s malým množstvom zvárania namiesto zvarov s plným prienikom s veľkým množstvom zvárania, aby ste sa vyhli nadmernému namáhaniu.
3) Na strane, ktorá nesie napätie v smere Z, by sa malo urobiť skosenie.
4) Pre spoje v tvare T je možné na vodorovnú platňu vopred privariť vrstvu zváracieho materiálu s nízkou pevnosťou, aby sa zabránilo vzniku trhlín pri zváraní a tiež sa uľahčilo napätie pri zváraní.
5) Aby sa predišlo trhaniu lamiel spôsobeným praskaním za studena, mali by sa čo najviac prijať opatrenia na zabránenie praskaniu za studena, ako je zníženie množstva vodíka, primerané zvýšenie predhrievania, kontrola teploty medzivrstvy atď.
