17. Способы борьбы с горячими трещинами при сварке.

В зависимости от температуры, при которой образуются трещины, различают два вида трещин — горячие и холодные. Горячие трещины в сталях возникают при температуре выше 1000° С, а холодные трещины — ниже этой температуры. В большинстве случаев горячие трещины (рис. 9) располагаются по границам зерен, а холодные пересекают эти границы (рис. 10).

По современным представлениям горячие трещины в металле шва вызываются одновременным действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зернами застывающего металла вследствие его избирательной кристаллизации и появлением в металле растягивающих напряжений.

Образование трещин зависит от химического состава металла шва, термического цикла сварки, вида соединения и жесткости конструкции, направленности кристаллизации и других факторов.

Склонность наплавленного металла к образованию горячих трещин увеличивают сера (в результате образования сульфидов FeS, MnS+ + FeS), углерод, кремний, водород и др. Чисто аустенитные швы чаще, чем швы частично ферритные, подвержены горячим трещинам. Введение в аустенитные швы молибдена, ванадия и титана устраняет горячие трещины в сталях аустенитного класса с повышенным содержанием легирующих элементов.

Горячие трещины образуются в процессе первичной кристаллизации, поэтому их называют иногда кристаллизационными трещинами. Выделяющиеся из затвердевающего металла примеси образуют легкоплавкие прослойки между кристаллитами. В то же время при охлаждении металла его объем уменьшается, в нем возникают растягивающие напряжения. Пока прослойки между кристаллитами еще жидкие, под действием этих напряжений кристаллиты легко смещаются относительно друг друга. Но при последующем охлаждении прослойки примесей затвердевают. Их прочность в это время значительно ниже прочности металла кристаллитов, прослойки разрушаются, образуются трещины. Отсюда вытекают три внешних признака горячих трещин, по которым их можно определить при внешнем осмотре сварного шва. Во-первых, горячие трещины всегда располагаются по границам зерен, значит, они не прямолинейные, а извилистые. Во-вторых, они могут образовываться, только если металл хотя бы частично расплавляется, значит, они могут располагаться только в металле шва или около шовной зоны. В-третьих, они образуются при высоких температурах, значит, поверхность металла внутри трещины окисляется на воздухе и в изломе трещины должны быть видны цвета побежалости. Склонность металла сварного соединения к образованию горячих трещин зависит от химического состава металла шва, формы шва и режима сварки, определяющего скорость охлаждения металла. Некоторые из легирующих элементов (например, хром) могут уменьшать, а некоторые (например, никель) - увеличивать склонность металла к горячим трещинам. Для сталей и жаропрочных сплавов влияние основных элементов можно оценить приближенно по отношению эквивалентного содержания хрома Сгэ и никеля Ni3: Сгэ = Сг + Мо + 2А1 + 2Ti + Nb | W | 0,5Та + l,5Si; Ni31 Ni +30С + 12В + Со + 0,5Мп. Здесь суммируются процентные содержания легирующих элементов в данной стали или сплаве. Если Сгэ/ Ni3 > 1, то данный материал не склонен к образованию горячих трещин, и наоборот. . Следовательно, для повышения технологической прочности можно регулировать состав металла шва, выбирая электродный или присадочный металл, содержащий больше легирующих элементов, увеличивающих Сгэ, если это не ухудшит заданные свойства сварного соединения. Форма шва определяет преимущественное расположение ликвационных прослоек между столбчатыми кристаллитами по отношению к растягивающим напряжениям, возникающим при усадке металла, а также величину этих прослоек. Узкий шов с глубоким проплавлением наиболее склонен к образованию горячих трещин. Столбчатые кристаллиты в нем растут навстречу друг другу, образуя в центре шва обширную ликвационную прослойку, которая расположена поперек преимущественного направления напряжений. При увеличении коэффициента формы шва \|/при увеличении ширины шва с той же глубиной проплавления кристаллиты располагаются под углом к оси шва и смыкаются только в верхней его части. Ликвационные прослойки невелики и расположены под углом к направлению напряжений. Стойкость такого шва против горячих трещин увеличивается, но при дальнейшем увеличении коэффициента формы шва вновь может снизиться, так как увеличиваются размеры ликвационных прослоек. Оптимальна форма шва с коэффициентом \|/ = 3...7. Уменьшить склонность сварных швов к горячим трещинам можно, уменьшая скорость сварки. При этом уменьшается скорость охлаждения, напряжения в металле нарастают медленнее, металл межкристаллитных прослоек успевает деформироваться без разрушения, трещины не образуются. Тот же эффект можно получить, подогревая детали перед сваркой до температуры 300... 400 °С. Наиболее эффективное средство борьбы с горячими трещинами это создание в сварочной ванне условий для образования мелкозернистой структуры с минимальной химической неоднородностью. Способы создания такой структуры рассмотрены в разд. 1.4.