Uzroci hladnih pukotina u zavarivanju

Hladno pucanje je češći tip pucanja u proizvodnji zavarivanja, koji nastaje kada se zavar ohladi na nižu temperaturu, za niskolegirane čelike visoke čvrstoće, oko temperature martenzitne transformacije. Tri elementa stvaranja hladnih pukotina su sklonost ka stvrdnjavanju čelika, sadržaj vodika u zavaru i njegova distribucija, te stanje naprezanja zavarenog spoja.

---

I. Sklonost ka otvrdnjavanju

Sklonost ka stvrdnjavanju čelika zavisi uglavnom od njegovog hemijskog sastava i uslova hlađenja. Što je čelik veća sklonost ka stvrdnjavanju, veća je vjerovatnoća da će doći do hladnog pucanja pri zavarivanju. Budući da je veća tendencija ka otvrdnjavanju znači da će zavar proizvoditi više martenzitne organizacije kada se zagrije, a kapacitet deformacije martenzita je nizak sklon krtom lomu. Sklonost ka stvrdnjavanju zavarenih spojeva, pored hemijskog sastava, uslova hlađenja, ali i procesa zavarivanja, strukture debljine ploče.

Među njima, utjecaj kemijskog sastava na sklonost ka stvrdnjavanju čelika može se grubo procijeniti metodom ugljičnog ekvivalenta [2], kako slijedi.

CE (IIW) = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15

Na primjer, za čelične ploče debljine manje od 20 mm, tendencija kaljenja nije značajna kada je CE < 0,4%.

Metal sa velikom tendencijom ka otvrdnjavanju će u uslovima termičke neravnoteže formirati veliki broj defekta rešetke, a pod uslovima naprezanja i termičke neravnoteže formiraće izvore pukotina, pa čak i širiti se i formirati makro pukotine.

Ako je vodik prisutan u zavaru i zoni zahvaćenom toplotom, to će smanjiti njegovu žilavost i proizvesti vodikovu krtost. Martenzitno otvrdnuto tkivo sa visokim sadržajem ugljenika je veoma osetljivo na vodoničnu krtost i osetljivost na hladno pucanje. Maksimalna tvrdoća zone pod utjecajem topline se obično koristi u zavarivanju za procjenu sklonosti ka stvrdnjavanju određenih čelika visoke čvrstoće.

---

Drugo, vodonik

Vodik je jedan od važnih faktora koji uzrokuje nastanak hladnih pukotina u zavarivanju čelika visoke čvrstoće, a čine ga i odgođenog karaktera, obično vodikom inducirano odloženo pucanje pod nazivom 'pucanje vodonikom' ili 'pucanje izazvano vodikom'. Razlog za 'kašnjenje' je taj što je potrebno određeno vrijeme da vodik difundira u čeliku, skupi se na mikroskopskim defektima, stvori naprezanje i puca.

Što je veći sadržaj vodika u zavarenom spoju čelika visoke čvrstoće, to je veća podložnost pucanju, a kada je sadržaj vodika veći od određene kritične vrijednosti, počet će se pojavljivati ​​pukotine, veličina kritične vrijednosti varira od slučaja do slučaja.

Kada je koncentracija vodonika u zavarenoj zoni toplotnog uticaja dovoljno visoka, doći će do daljeg krhkosti martenzitnog tkiva (ako postoji), a samim tim i do stvaranja pukotina.

---

Treće, stresno stanje

Hladno pucanje čelika za zavarivanje visoke čvrstoće ne ovisi samo o sklonosti ka stvrdnjavanju čelika, štetnom djelovanju vodika, već ovisi i o stanju naprezanja zavarenog spoja, a ponekad čak i naponsko stanje igra odlučujuću ulogu. Termičko naprezanje (neravnomjerno zagrijavanje i hlađenje), napon promjene faze (promjena volumena organizacije tokom promjene faze) i oblik strukture, redoslijed zavarivanja, itd. zavarenog spoja mogu formirati ograničavajuću silu.

Navedena tri elementa formiranja hladnog pucanja, svaki ima svoj intrinzični zakon, ali i utječu jedan na drugog. Općenito, zona utjecaja topline i sklonost ka stvrdnjavanju metala šava su suštinski faktori za stvaranje pukotina, dok vodik može igrati svoju štetnu ulogu u izazivanju pucanja samo kada u čeliku postoji formiranje očvrslog tkiva.