Особенности трещинообразования

Одним из наиболее опасных проявлений недостаточ­ной свариваемости сталей любой степени легирования, в том числе углеродистых, низколегированных незакаливающихся и закаливающихся, является, как указыва­лось, образование трещин в металле шва, околошовной зоне и зоне термического влияния (ЗТВ).

Трещины представляют собой локальные разрушения, возникающие в результате развития вязко- или упруго­пластических деформаций и одновременного резкого снижения способности материалов выдерживать без разрушения термомеханические воздействия в процес­се или после создания сварной конструкции. К ним в процессе эксплуатации могут добавляться и другие воз действия: от динамических и статических нагрузок, от проведения смежных со сваркой операций гибки, штам­повки, правки и т. д.

Можно выделить три основных фактора образования трещин при сварке:

•. металлургический, связанный с материалом свар­ного соединения, и физико-химический, связан­ный с воздействием на него процесса сварки;

• технологический, определяемый методом, режи­мом, последовательностью и приемами выполне­ния сварки;

• конструктивный, зависящий от жесткости и ха­рактера нагружения конструкции, типов швов и форм соединений и т. д.

Независимо от причин и времени появления трещин в сварных соединениях проблема заключается не только в необходимости проведения работ по их устранению, но в потенциальной возможности роста неустраненных тре­щин малых размеров (длины) до критических размеров, после которых наступает внезапное разрушение всей конструкции.

Трещины в сварных соединениях в зависимости от температурного интервала их образования можно разде­лить на следующие виды:

1. Горячие трещины, образующиеся в процессе охлаж­дения и кристаллизации жидкого металла шва или участка частичного оплавления околошовной зоны.

2. Холодные трещины, образующиеся после остывания сварного соединения до температур 300...150 °С и ниже вследствие неблагоприятных фазово-струк­турных превращений металла под действием тер­мического цикла или из-за чрезмерного насыще­ния металла водородом.

Указанное разделение на виды в определенной сте­пени является условным, так как зародиться трещина может как горячая, а распространяться как холодная.

Среднеуглеродистые и легированные стали и их свариваемость

К конструкционным среднеуглеродистым относят стали с содержанием углерода 0,26...0,45% и в отдельных случаях марганца до 0,7... 1,0%. К ним относятся стали марок 30, 35, 40, 35Г, 45Г и др. Повышение содержания углерода увеличивает прочность (σ_В, σ₀₂) и снижает пластичность и вязкость (δ, φ, KCU) сталей, что приводит к повышению их чувствительности к перегреву и закалке.

К конструкционным легированным сталям относят ста­ли, содержащие легирующих более 4,5...6,0%. Легирую­щими элементами являются, в основном, Si, Мn, Cr, Ni, упрочняющие феррит. К этой группе относятся стали 12Х2НВФА, 42Х2ГСНМА, 30ХГСНА и др. По структуре эти стали относятся к перлитному классу, если легирую­щих элементов « 5...6%, и к мартенситно-бейнитному или мартенситному классу, если их содержание более 5...6%. Оптимальные механические свойства стали полу­чают после термической обработки (закалка + отпуск). Применение указанных сталей в сварных конструк­циях связано с их высокой прочностью, удовлетворительной пластичностью и вязкостью, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, что позволяет сни­зить металлоемкость (вес) и увеличить срок эксплуата­ции изделий. Как правило, они используются при удар­ных и переменных нагрузках.

В то же время повышенное содержание углерода и легирующих элементов определяют сложности, возни­кающие при сварке и заключающиеся в образовании хрупких структур в шве и околошовных зонах. Часто оказывается целесообразным выбор менее прочной ста­ли, с наименьшим для данного класса содержанием уг­лерода и легирующих, но более технологичной при свар­ке (меньшая чувствительность к трещинообразованию, концентраторам напряжений и т. п.).