Příčiny studených trhlin při svařování

Praskání za studena je častějším typem praskání při výrobě svařování, ke kterému dochází při ochlazení svaru na nižší teplotu, u nízkolegovaných vysokopevnostních ocelí, kolem teploty martenzitické transformace. Tři prvky tvorby trhlin za studena jsou tendence oceli k vytvrzování, obsah vodíku ve svaru a jeho rozložení a stav napjatosti svarového spoje.

---

I. Tendence ke kalení

Tendence kalení oceli závisí především na jejím chemickém složení a podmínkách chlazení. Čím větší má ocel tendenci kalit, tím je pravděpodobnější, že při svařování dojde k praskání za studena. Protože čím větší tendence k vytvrzování znamená, že svar bude při zahřívání produkovat větší organizaci martenzitu a kapacita deformace martenzitu je nízká náchylná ke křehkému lomu. Tendence tvrdnutí svarových spojů, kromě chemického složení, podmínek chlazení, ale také s procesem svařování, struktura tloušťky plechu.

Mezi nimi lze zhruba odhadnout vliv chemického složení na tendenci kalení oceli pomocí metody uhlíkového ekvivalentu [2], a to následovně.

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

Například pro ocelové plechy o tloušťce menší než 20 mm není tendence k vytvrzení významná, když CE < 0,4 %.

Kov s velkou tendencí k vytvrzování vytvoří velké množství mřížkových defektů za podmínek tepelné nerovnováhy a za podmínek napětí a tepelné nerovnováhy bude tvořit zdroje trhlin a dokonce expandovat za vzniku makro trhlin.

Pokud je ve svaru a tepelně ovlivněné zóně přítomen vodík, sníží se jeho houževnatost a způsobí vodíkové křehnutí. Martenzitická tvrzená tkáň s vysokým obsahem uhlíku je velmi citlivá na vodíkovou křehkost a citlivost na praskání za studena. Maximální tvrdost tepelně ovlivněné zóny se běžně používá při svařování k posouzení tendence kalení určitých vysokopevnostních ocelí.

---

Za druhé, vodík

Vodík je jedním z důležitých faktorů způsobujících vznik trhlin za studena při svařování vysokopevnostních ocelí a způsobuje, že má zpožděný charakter, obvykle vodíkem indukované opožděné praskání nazývané 'praskání vodíkem' nebo 'praskání vyvolané vodíkem'. Důvodem 'zpoždění' je to, že trvá určitou dobu, než vodík v oceli difunduje, shromažďuje se na mikroskopických defektech, vytváří napětí a praská.

Čím vyšší je obsah vodíku ve svarovém spoji vysokopevnostní oceli, tím větší je náchylnost k praskání, a když je obsah vodíku větší než určitá kritická hodnota, začne se objevovat praskání, velikost kritické hodnoty se případ od případu liší.

Když je koncentrace vodíku ve svařované tepelně ovlivněné zóně dostatečně vysoká, bude docházet k dalšímu křehnutí martenzitické tkáně (pokud existuje), a tím k tvorbě trhlin.

---

Za třetí, stresový stav

Praskání za studena při svařování vysokopevnostní oceli nezávisí pouze na tendenci kalení oceli, škodlivých účincích vodíku, ale závisí také na napjatém stavu svarového spoje a někdy dokonce stav napětí hraje rozhodující roli. Omezující sílu může tvořit tepelné namáhání (nerovnoměrné zahřívání a ochlazování), namáhání při změně fáze (změna objemu organizace při změně fáze) a tvar konstrukce, sekvence svařování atd. svarového spoje.

Výše zmíněné tři prvky vzniku studeného praskání, každý má svůj vlastní zákon, ale také se navzájem ovlivňují. Obecně platí, že tepelně ovlivněná zóna a tendence ke zpevnění svarového kovu jsou vnitřními faktory praskání, zatímco vodík může hrát svou škodlivou roli při vyvolání praskání pouze tehdy, když v oceli dochází k tvorbě ztvrdlé tkáně.