علل ایجاد ترک سرد در جوشکاری

ترک سرد نوع رایج تر ترک خوردگی در تولید جوش است که زمانی رخ می دهد که جوش تا دمای پایین تری خنک شود، برای فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا، در اطراف دمای تبدیل مارتنزیتی. سه عنصر تشکیل ترک سرد عبارتند از: تمایل به سخت شدن فولاد، محتوای هیدروژن جوش و توزیع آن و وضعیت تنش اتصال جوش داده شده.

---

I. تمایل به سخت شدن

تمایل به سخت شدن فولاد عمدتاً به ترکیب شیمیایی و شرایط خنک کننده آن بستگی دارد. هر چه تمایل به سخت شدن فولاد بیشتر باشد، احتمال ایجاد ترک سرد در هنگام جوشکاری بیشتر می شود. زیرا هرچه تمایل به سخت شدن بیشتر باشد به این معنی است که جوش هنگام گرم شدن، سازماندهی مارتنزیت بیشتری تولید می کند و ظرفیت تغییر شکل مارتنزیت در معرض شکستگی شکننده کم است. تمایل به سخت شدن اتصالات جوش داده شده، علاوه بر ترکیب شیمیایی، شرایط خنک کننده، بلکه با فرآیند جوشکاری، ساختار ضخامت صفحه را نیز دارد.

در میان آنها، تأثیر ترکیب شیمیایی بر تمایل به سخت شدن فولاد را می توان به طور تقریبی با استفاده از روش معادل کربن [2] به شرح زیر تخمین زد.

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

به عنوان مثال، برای صفحات فولادی با ضخامت کمتر از 20 میلی متر، تمایل به سخت شدن زمانی که CE < 0.4٪ باشد قابل توجه نیست.

فلز با تمایل به سخت شدن زیاد در شرایط عدم تعادل حرارتی تعداد زیادی عیوب شبکه را تشکیل می دهد و در شرایط تنش و عدم تعادل حرارتی منابع ترک تشکیل می دهد و حتی برای ایجاد ترک های ماکرو منبسط می شود.

اگر هیدروژن در ناحیه جوش و گرما وجود داشته باشد، چقرمگی آن را کاهش می دهد و شکنندگی هیدروژنی ایجاد می کند. بافت سخت شده مارتنزیتی با کربن بالا به شکنندگی هیدروژن و حساسیت به ترک سرد بسیار حساس است. حداکثر سختی ناحیه متاثر از حرارت معمولاً در جوشکاری برای ارزیابی تمایل به سخت شدن فولادهای با مقاومت بالا استفاده می شود.

---

دوم، هیدروژن

هیدروژن یکی از عوامل مهم ایجاد ترک سرد در جوشکاری فولاد با استحکام بالا است و باعث می شود که دارای ویژگی تاخیری باشد که معمولاً ترک خوردگی تاخیری ناشی از هیدروژن به نام 'ترک هیدروژنی' یا 'ترک ناشی از هیدروژن' نامیده می شود. دلیل 'تاخیر' این است که زمان معینی طول می کشد تا هیدروژن در فولاد پخش شود، در نقص های میکروسکوپی جمع شود، تنش ایجاد کند و ترک بخورد.

هر چه مقدار هیدروژن در اتصال جوشی فولاد با استحکام بالا بیشتر باشد، حساسیت به ترک بیشتر است و زمانی که محتوای هیدروژن از یک مقدار بحرانی خاص بیشتر باشد، ترک ظاهر می‌شود، اندازه مقدار بحرانی در موارد مختلف متفاوت است.

هنگامی که غلظت هیدروژن در ناحیه متاثر از حرارت جوش داده شده به اندازه کافی بالا باشد، تردی بیشتر بافت مارتنزیتی (در صورت وجود) و در نتیجه ایجاد ترک ایجاد می شود.

---

سوم، حالت استرس

ترک خوردگی سرد جوشکاری فولاد با مقاومت بالا نه تنها به تمایل سخت شدن فولاد، اثرات مضر هیدروژن بستگی دارد، بلکه به وضعیت تنش اتصال جوش داده شده نیز بستگی دارد و گاهی اوقات حالت تنش حتی نقش تعیین کننده ای دارد. تنش حرارتی (گرمایش و سرمایش ناهموار)، تنش تغییر فاز (تغییر حجم سازمان در طول تغییر فاز) و فرم سازه، توالی جوش و غیره اتصال جوش داده شده می تواند نیروی محدود کننده را تشکیل دهد.

سه عنصر فوق الذکر از تشکیل ترک سرد، هر کدام قانون ذاتی خود را دارند، بلکه بر یکدیگر تأثیر می گذارند. به طور کلی، منطقه متاثر از حرارت و تمایل به سخت شدن فلز جوش، عوامل ذاتی برای ترک هستند، در حالی که هیدروژن می تواند نقش مضر خود را در القای ترک تنها زمانی ایفا کند که بافت سخت شده در فولاد تشکیل شود.