§ 2. Образование в сварных соединениях холодных трещин

Нередки случаи образования трещин в процессе остывания сварных швов при температурах 7", более низких, чем Т_сол , пос­ле полного остывания, а иногда и в течение некоторого периода вылеживания. Такие трещины, образуемые в большинстве слу­чаев в околошовных зонах сварных соединений, условно назы­вают холодными.

Холодные трещины возникают в различных участках соеди­нений: на границе сплавления присадочного и основного метал­ла, где он нагревался выше Т_сОЛ , но ниже температуры ликвиду-

192

А,

Mf-l/MUHfP-

Режим сборка: J_cS = 150+t80a,l/fy~28+3QS

Рис. 8-2. Данные о сопротивляемости образованию горячих трещин различн

из стали Ст. 3;

чем ниже располагаются аезалнтые врудежи, тем больше сопротивляемость соединения

са 7"_лнка; в этой зоне часто имеет место химическая неоднород­ность; на участке перегрева, характеризуемого крупнозернистой структурой; на участке полной перекристаллизации, где темпе­ратура" ниже температуры начала фазовых превращений при остывании; частичной перекристаллизации при температуре вы­ше конца фазового превращения при остывании; в зоне рекри­сталлизации, или старения, где металл, свариваемый в нагарто-ванпом или термообработанном состоянии, разупрочняется. На этом участке вследствие старения возможно уменьшение его ударной вязкости.

Основной причиной образования холодных трещин в сварных соединениях является недостаточная пластичность металла, особенно на границах зерен. Этому способствует напряженное состояние, возникающее в результате фазовых и структурных превращений в металле.

Нередко холодные трещины образуются в соединениях сред­не- и высоколегированных сталей мартенситного и перлитного классов, подвергающихся закалке. Поэтому эти трещины иногда называются закалочными. Трещины возникают в процессе рас­пада аустснита, а также нередко в течение длительного проме­жутка времени после полного остывания изделия. Холодные трещины возникают между зернами и по телу зерен, а распола­гаются вдоль швов и перпендикулярно им. Скорость их распро­странения различна.

В сварных соединениях из некоторых сталей при сварке обра­зуются замедленные разрушения, в частности в сталях мартен­ситного класса BKCI, ВЛ1Д, СП43 и т. д. Прочностные свойства резко ухудшаются после сварки в течение некоторого периода времени, а впоследствии они снова восстанавливаются. Пределы прочности сварных соединений после сварки уменьшаются и со­ставляют 25—30% от 0„ основного металла, а с течением вре­мени поднимаются до 60—70%. В моменты резкого ухудшения механических свойств по границам зерен происходит разру­шение.

Ухудшение свойств объясняется образованием метастабиль-ных структур в углеродистых и легированных сталях. На обра­зование холодных трещин влияет водород, с увеличением содер­жания которого падает поверхностная энергия и понижается сопротивляемость металла распространению трещин. Водород снижает температуру конца фазовых превращений при осты­вании.

Само по себе насыщение металла водородом вредно отража­ется на пластических свойствах соединения.

Па рис. 8-3 изображены результаты испытания на прочность наплавленных образцов из стали 30ХН2МФА. По оси абсцисс отложено время испытаний, т. е. продолжительность нахожде­ния испытуемого таврового образца толщиной 12 мм под нагруз-

194

кой, но оси ординат — разрушающие напряжения. Кривая / со­ответствует результатам, полученным непосредственно после сварки, кривая 2,— спустя трое суток после окончания свароч­ного процесса. Из приведенных данных следует, что в течение трех суток наступает значительное улучшение прочностных свойств главным образом по границам зерен, при этом о_в дости­гает 80 кГ/мм². При испытании тех же образцов непосредственно после сварки их прочность резко падает. Испытания под нагруз­кой производятся в течение нескольких часов.

т

ч

so

50

30 W 18

о

V*

zt.

1

fir ST

ОС___

ст. ЗОШМФА

ЗЕ

S

10

15

20

t,4

Рис. 8-3. Величины напряжений в образцах при за­медленных разрушениях а функции продолжительно­сти приложения растягивающих усилий

На рис. 8-4 представлены пределы прочности образцов тол­щиной 3 мм, со швами, полученными проплавлением вольфрамо­вым электродом. Б одних образцах швы направлены вдоль уси­лий, в других — поперек. Испытывались следующие стали: 4X13 —с пределом прочности 160 кГ/мм³; 2X13—140 кГ/мм²; СП-43-160 кГ/мм*, СП-28 —130 кГ/мм*; ВКС-1 — 140 кГ/мм*; ВЛ1-Д—120 кГ/мм².

Как видно из рис. 8-4, наиболее резко падает разрушающее напряжение у высокопрочной стали 4X13, менее резко —у стали ВЛ1-Д. Во всех случаях при расположении швов перпендикуляр­но усилиям особенно проявляется ухудшение свойств.

Большое влияние на образование холодных трещин в кон­струкциях при замедленных разрушениях оказывает форма сварных конструкций и характер закреплений. Чем больше жесткость закреплений, тем более вероятно образование холод­ных трещин.

195

Для устранения холодных трещин следует правильно назна­чать содержание легирующих добавок, подбирать рациональные режимы, уменьшать жесткость, проводить термообработку изде­лий в ближайшие часы после сварки.

Рис. 8-4. Величины разрушающих напряжений в образцах из различ­ных сталей после сварки в функции от расположения шва к растягива­ющим напряжениям