Горячие трещины при сварке

Вероятность образования горячих трещин в сварных швах определяется одновременно рядом факторов, взаимно связанных и влияющих друг на дру-га. К таким факторам относятся:

1. величина и характер пластических деформаций, которые возникают в металле шва в процессе его кристаллизации;

2. деформационная способность металла в температурном интервале об-разования кристаллизационных трещин;

3. скорость (темп) нарастания деформаций.

В интервале температур — происходит кристаллизация металла сварочной ванны. В объеме одновременно присутствуют и твердые кристал-лы, и жидкий маточный раствор. При переходе из жидкого в твердое состоя-ние объем металла уменьшается скачкообразно. Дальнейшее охлаждение металла сварочной ванны до температуры окружающей среды происходит в твердом состоянии. Коэффициенты линейного расширения различных мате-риалов различны и зависят от температуры. На изменение коэффициентов линейного расширения большое влияние оказывают легирующие элементы. Так марганец и никель повышают коэффициент линейного расширения, а хром снижает его.

Металлы и сплавы, обладающие меньшим коэффициентом линейного расширения, при прочих равных условиях, после сварки подвергаются мень-шим деформациям.

Вывод: величина и характер упругопластических деформаций, воз-никающих в сварном соединении в процессе нагрева и последующего охлаждения, являются главными факторами, определяющими вероят-ность образования горячих трещин.

Разрушение металлов под действием деформаций в зависимости от того, какой вид деформации преобладает, может происходить либо по зернам (1), либо по границам между ними (2). В первом случае разрушение сопровож-дается пластической деформацией, во втором — чаще всего наблюдается хрупкое разрушение.

Если кристаллы развились на столько, что образовали сплошной прочный каркас, то разрушение такой системы в процессе деформации может проис-ходить вязко, так как пластичность кристаллов в интервале температур — велика.

Если же система представляет собой кристаллы, разъединенные жидки-ми прослойками, деформация происходит в основном за счет перемешивания кристаллитов и перераспределения жидких прослоек в полостях между ними. Образующиеся несплошности служат зародышами трещин. Прочность такой системы определяется поверхностным натяжением жидкого металла и поэ-тому очень мала.

Установлено, что каждый металл и сплав имеет интервал температур, в котором его прочность и пластичность очень малы. Этот температурный интервал называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ). От величины ТИХ зависит сопротивляемость металла образованию кристаллли-зационных трещин. С увеличением ТИХ становится более вероятным обра-зование горячих трещин. Величина ТИХ определяется, главным образом, металлургическими факторами:

1. химически составом металла или сплава;

2. составом и свойствами межкристаллических прослоек;

3. размером и формой кристаллов.

Наиболее вредное влияние на величину ТИХ оказывают легкоплавкие эвтектики, располагающиеся в результате ликвации по границам зерен. Такие эвтектики при кристаллизации металла затвердевают в последнюю очередь и тем самым смещают границу ТИХ в область более низких температур.

(Эвтектика, эвтектическая смесь — механическая смесь кристаллов компонентов, образующаяся при затвердевании жидкого раствора и имею-щая наиболее низкую температуру плавления по сравнению со смесями тех же веществ, взятых в других соотношениях.

Ликвация — неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации, обусловленная обогащением жидкой части кри-сталлизующегося расплава элементами, в жидкой фазе больше, чем в твер-дой. Для сталей ликвирующими элементами являются углерод, сера, фос-фор).