Холодные трещины.

Данный вид трещин образовываются при температурах ниже 200°С, иногда после полного остывания сварной конструкции. Холодные трещины могут проходить как по границам, так (преимущественно) и по телу зерен. В изломе имеют блестящую неокисленную поверхность. Отличительной особенностью холодных трещин является замедленный характер их развития. Часто они зарождаются после окончания некоторого времени после окончания сварки и потом на протяжении нескольких минут, часов, а иногда даже суток распространяются вдоль и вглубь шва. Рядом с развитием ранее образовавшихся трещин появляются и развиваются новые. В наибольшей степени это относится к околошовной зоне при сварке металла большой толщины. По достижению некоторой определенной величины трещины в швах могут развиваться мгновенно ( взрывоподобно), со звоном.

Холодные трещины образовываются в сварном шве или зоне термичес-кого влияния, как правило, при наличии закалочных структур, отрицательное влияние которых усугубляется повышенным содержимым водорода в металле и неблагоприятными полями внуренних напряжений.

Холодные трещины - типичный дефект высокопрочных легированных сталей мартенснитного и бейнитного классов. Достаточно вероятно их образо-вание и при сварке низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса.

Механизм образования холодных трещин заключается в следующем. Как известно, при охлаждении сварного соединения происходит полиморфное пре-образование железа в -железо. Фазы железа и отличаются друг от дру-га типом кристалличных решеток и способностью растворять в себе углерод. Аустенит ( -железо) может растворить значительно большее количество уг-лерода, чем - железо. Например, при температуре 723°С, - железо может содержать до 0,8 % углерода, - железо только 0,02 % углерода. По мере ох-лаждения и протекания преобразования избыточный углерод выде-ляется. Если охлаждение медленное, весь углерод выделяется и образуется рав-новесная структура, например феррит, имеющий довольно высокую пластич-ность. Если охлаждение происходит быстро, то углерод во время преобразо-вания не успевает выделиться и получается не равновесная структура, пересыщенная углеродом. Это и есть мартенсит, который в результате повы-шенного содержания углерода и искаженной кристаллической решетки имеет низкую пластичность и поэтому склонен к образованию трещин под действием напряжений.

При сварке сталей, предрасположенных к образованию мартенсита, нап-ряженное состояние в зоне шва более сложное, чем при сварке обычных сталей. Это связано с тем, что мартенсит занимает больший объем, чем аустенит, из ко-торого он образовался. В связи с этим на границе закалки образуются напряже-ния сжатия, которые резко переходят в напряжение растяжения, традиционно действую-щие в сварном шве. Большой перепад (скачок) напряжений создает предпосылки для образования в этой зоне холодных трещин, а иногда и пол-ного скола металла.

Существенным образом увеличивает вероятность образования холодных трещин содержание водорода в сварном шве и околошовной зоне. Раствори-мость водорода в γ-железе (аустените) выше, чем в других структурных сос-тавляющих. При распаде аустенита образовывается свободный диффузионный водород, который имеет очень высокую подвижность, начинает активно пере-мещаться в шве и околошовной зоне, влияя на процессы, происходящие в ме-талле. Существует ряд теорий, объясняющих увеличение склонности металла к растрескиванию под действием водорода. Одной из первых появилась теория молекулярного давления. В ее основе лежит положение о том, что диффузион-ный атомарный водород скапливается в микропустотах и по мере снижения температуры превращается в молекулярный, который занимает больший объем и потому создает огромные давления, содействуя раскрытию трещин. Эта тео-рия хорошо объясняет замедленное разрушение. Существует также гипотеза максимальных трехосных напряжений, в которой говорится о том, что водород приводит к значительным локальным искривлениям кристалической решетки, затрудняя пластические деформации, особенно в зоне объемных напряжений. Известные также адсорбционные теории, основанные на рассмотрении водо-рода как поверхностно активного вещества. По одной из них водород (протон) взаимодействует с внешними электронами атома железа. В результате этого взаимодействия ослабляется сила связи между атомами в решетке железа, ко-торое выражается в уменьшении эффектив-ой поверхностной энергии. Иссле-дования показывают, что с увеличением содержания диффузного водорода до 6-8см³/100 г резко уменьшается (в 10-12 раз) работа зарождения трещины и существенным образом (в 3-4 раза) уменьшается работа распространения тре-щин.

Следует отметить, что ни одна из теорий в полном объеме не может объяснить механизм охрупчиания металла под действием водорода, поэтому исследование в этой области продолжаются. Однако все авторы сходятся во взгляде об от-рицательном влиянии водорода на стойкость металла против хо-лодных трещин.

Таким образом, основной причиной холодных трещин в общем случае можно считать неблагоприятное соединение трех факторов: наличие закалоч-ных структур, повышенное содержание водорода и неблагоприятные поля оста-точных напряжений в металле сварного соединения. В зависимости от свароч-ного материала и условий сварки один из факторов может быть преобладаю-щим.