Природа и причины образования холодных трещин
Формальными признаками холодных трещин в сварных соединениях является их визуально наблюдаемое появление после полного охлаждения сварного соединения. Излом трещин характеризуется блестящей поверхностью без признаков окисления. Размеры ХТ сопоставимы с размерами сварного соединения. Основными особенностями возникновения ХТ является:
– наличие инкубационного периода (до нескольких суток) до образования очага трещины;
развитие микротрещин под действием растягивающих внутренних напряжений.
ХТ могут образовываться во шве и ЗТВ и быть ориентированными вдоль и поперек оси шва.
Поперечные ХТ во шве (частокол)
Продольные ХТ во шве (отрыв)
Продольные ХТ в ЗТВ (откол)
Образование ХТ начинается с возникновения очага разрушения на границах аустенитных зерен в ЗТВ и шве, примыкающих к поверхности сплавления. Их протяженность равна нескольким диаметрам зерен, т.е. определяется на микроскопическом уровне. Дальнейшее их развитие в макротрещины, распространение которой носит транскристаллитный характер, возможно под действием достаточно больших внутренних растягивающих напряжений. Если металл достаточно пластичен, то образование трещин на макроуровне из микроскопических очагов невозможно.
Основные факторы, определяющие образование ГТ:
1.Наличие хрупких структурных составляющих (мартенсита);
2.Растягивающие внутренние напряжения, близкие к пределу прочности.
3.Наличие диффузионного водорода.
Способы оценки склонности к хт
Наибольшее распространение получили расчетные методы, технологические пробы и специализированные механические испытания.
При расчетных методах используются параметрические уравнения, полученные статистической обработкой экспериментальных данных. Для конструкционных сталей в качестве критерия стойкости к ХТ используется эквивалент углерода, рассчитываемый по формуле
.
Здесь символ химического элемента означает его содержание в процентах.
Если Сэкв > 0,45%, то считается, что сталь потенциально склонна к образованию ХТ. Это означает, что при неблагоприятных режимах сварки весьма вероятно образование закалочных структур, которое в сочетании с высоким уровнем растягивающих внутренних напряжений и наличием диффузионного водорода ведет к зарождению и распространению ХТ.
Технологические пробы позволяют получить оценку материала на склонность к ХТ в условиях, максимально приближенных к реальным условиям изготовления сварных конструкций. В технологических пробах часто усугубляются факторы, вызывающие появление трещин. Пример – крестовая проба
1
3
4
Крестообразный образец сваривается в последовательности 1-2-3-4. Жесткость образца при этом последовательно увеличивается. Чем позже зарождается при данных режимах ХТ, тем более данный сплав стоек к образованию ХТ.
Проба «Тэккен»
А
Б
Б-Б
А-А
А
Б
По краям образец сваривается с двух сторон с полным проплавлением (разрез Б-Б). В середине образца имитируется непровар (разрез А-А). Сваренный образец выдерживается после сварки в течение 20 ч. Далее он помещается в кислоту.
После разрушения образца внешней нагрузкой на изломе выявляются травленые участки, площадь которых равна площади ХТ. Количественным показателем пробы «Тэккен» для данного режима сварки является отношение площади трещин к общей площади излома. Другим критерием является температура подогрева, при которой нет ХТ.
Недостаток технологических проб – качественный или полуколичественный характер информации, высокая металлоемкость, субъектиный фактор при оценке наличия трещин.
Специализированные механические испытания основаны на доведении шва или ЗТВ до образования ХТ под действием внешних длительно действующих нагрузок. При испытаниях серию образцов нагружают различными по величине нагрузками непосредственно после окончания сварки в течение 20 ч. За количественный показатель принимается минимальное растягивающее напряжение, при котором появляются трещины. Достоинство – малая металлоемкость.