Утворення гарячих тріщим в зварних швах
Гарячими (кристалізаційними ) прийнято називати продольні або поперечні тріщини, які зароджуються в процесі первинної кристалізації металу шва. Вони з'являються при температурах кінця твердіння або в інтервалі температур, близьких до лінії солідус.
І Іотім вони можуть розвиватись під час остигання металу в твердому стані.
Гарячі тріщини проходять, як правило, уздовж напрямку росту стовпчастих кристалів і викликають міжкристалітне руйнування меншу шва або пришовної зони (рис. 120, 121, 122). Вони являються
Рис.
120. Гарячі тріщини в зварному шві труби
із марганцевокремністої сталі.
Макроструктура, хі.
одним із основних видів браку при зварюванні, який призводить до крихкого руйнування конструкцій або деталей. Здатність металу чинити опір утворенню гарячих тріщин при зварюванні визначає його технологічну міцність.
Рис.
121. Гарячі тріщини в зварному шві
хромонікелевої нержавіючої сталі, х
200.
В процесі зварювання на стадії охолодження інтенсивно розвиваються пружнопластичні деформації. Якщо високотемпературні деформації при охолодженні зварювальної ванни перевищують деформаційну спроможність кристалізуючогося металу шва, то в ньому виникають гарячі тріщини.
Н
а
схильність до утворення гарячих тріщин
в зварних швах впливає багато факторів:
характер процесу кристалізації, тип
кристалічної структури (крупнозерниста,
стовпчаста, направлено орієнтована),
ступінь розвитку хімічної неоднорідності
всередині кристалів і поблизу їх меж,
швидкість виникнення й росту напружень
у зварному з'єднанні.
Утворення гарячих тріщин може бути обумовлено не тільки особливостями кристалізації зварних швів, але й значною усадкою деяких сплавів, хімічним складом присадкових матеріалів, властивостями електродних покриттів і флюсів, жорстким закріпленням деталей і неможливістю скорочен- Рис. 122. Гаряча тріщина в корні ня металу шва.
шва
вуглецевої сталі, х 100. Процес
утворення гарячих
тріщин відбувається при температурах, коли метал знаходиться в твердо-рідкому стані. При цьому відбувається специфічна зміна його механічних властивостей. При великому об'ємі рідкої фази система характеризується високою пластичністю, яка визначається властивостями рідини (ділянка 1 на рис. 123). При збільшенні об'єму твердої фази і утворенні каркасу з кристалів циркуляція рідини стає неможливою, і пластичність різко падає (ділянка 2 на рис. 123). В такому випадку підвищується небезпека міжкристалітпого руйнування при певних значеннях напружень розтягнення. При подальшому зниженні температури прошарки рідини зникають, кристали утворюють суцільний міцний каркас, що характеризується підвищенням пластичності (ділянка 3). На цій стадії охолодження
міжкристалітне руйнування переходить у внутрішньокрисгалітне з іГ язким характером руйнування.
Т
від температури при кристалізації сплавів.
аким чином, в процесі кристалізації металів при зварюванні можна виділити характерний інтервал температур, в якому міцність і пластичність дуже малі. Це так званий температурний інтервал крихкості (ТІК). Саме в цьому інтервалі температур АТ-пк (рис. 123) найбільш вірогідніше відбувається руйнування в процесі зварювання.Від його величини залежить опір металу утворенню кристалізаційних тріщин. Із збільшенням ТІК небезпека виникнення тріщин зростає, тому що зростає величина відносної пластичної деформації, яку зазнає метал, знаходячись в крихкому стані.
Дуже сильно впливає на зниження ТІК утворення рідких прошарків поміж кристалів основного металу, які збагачені шкідливими домішками і мають понижену температуру кристалізації. Міцність такої структури визначається, по суті, величиною поверхневого натягу рідини і тому дуже мала. Негативно впливають на стійкість металу шва проти гарячих і рицин також вуглець і легуючі елементи в сталях.
Чим більше міститься сірки, фосфору, вуглецю, кремнію, нікелю, ніобію, тим більшим стає інтервал крихкості, нижче він розташовується, і мегЛне буває пластичність і в'язкість металу в цьому інтервалі.
Разом з цим, виникненню гарячих тріщин під час зварювання сприяє направлено зустрічний ріст кристалічної структури шва (і рапскристалізація), який виникає при малих коефіцієнтах форми. В зв'язку з цим в кутових швах тріщини утворюються частіше, ніж в стикових, а в наплавлених на поверхню валиках - дуже рідко. Це обумовлено тим, що в швах з глибоким і вузьким проваром за рахунок підсиленої зональної ліквації межі дендритів в центральних перерізах швів найбільш збагачені домішками.
На рис. 124 показано, як впливає коефіцієнт форми шва і склад вуглецю в ньому на схильність до утворення гарячих тріщин при зварюванні низьковуглецевої сталі під флюсом (М.І.Каховський). Але вплив коефіцієнта форми - не завжди однаковий. Так, в сталях аустенітного класу стійкість проти гарячих тріщин підвищується
при малих коефіцієнтах форми.
О
Рис. 124. Вплив коефіцієнта форми шва (відношення його ширини до глибини провару) і вмісту в ньому вуглецю на утворення гарячих тріщин при зварюванні під флюсом маловуглеце- вої сталі.
днофазні шви мають значно меншу стійкість проти гарячих тріщин, ніж двофазні. І це, насамперед, також стосується аустенітних сталей і сплавів.В пришовпих зонах зварних з'єднань інколи також з'являються гарячі тріщини, які проходять по межах зерен основного металу. При цьому на межах зерен підвищується концентрація лікваційннх елементів, в тому числі і шкідливих домішок. В результаті утворюються легкоплавкі прошарки, і гарячі тріщини виникають при температурах, нижчих точки плавлення основного металу.
Зниження небезпеки утворення гарячих тріщин в пришовпих зонах основного металу може бути досягнуто, якщо застосовувати сплави, не схильні до росту зерна, з мінімальним вмістом шкідливих домішок, а також використовувати способи й режими зварювання з пониженим виділенням теплоти.