Hitsauksen kylmähalkeamien syyt

Kylmähalkeilu on hitsaustuotannossa yleisempi halkeilumuoto, joka syntyy, kun hitsi jäähdytetään alempaan lämpötilaan, matalaseosteisille korkealujuuksille teräksille martensiittisen muunnoslämpötilan ympärillä. Kylmähalkeaman muodostumisen kolme elementtiä ovat teräksen kovettumistaipumus, hitsin vetypitoisuus ja sen jakautuminen sekä hitsausliitoksen jännitystila.

---

I. Kovettumistaipumus

Teräksen kovettumiskyky riippuu pääasiassa sen kemiallisesta koostumuksesta ja jäähdytysolosuhteista. Mitä suurempi teräksen kovettumistaipumus, sitä todennäköisemmin syntyy kylmähalkeilua hitsattaessa. Koska mitä suurempi kovettumistaipumus, se tarkoittaa, että hitsi tuottaa enemmän martensiittiorganisaatiota kuumennettaessa, ja martensiitin muodonmuutoskyky on alhainen hauraalle murtumiselle. Hitsattujen liitosten kovettumistaipumus, kemiallisen koostumuksen, jäähdytysolosuhteiden, mutta myös hitsausprosessin, levyn paksuuden rakenteen lisäksi.

Niistä kemiallisen koostumuksen vaikutus teräksen kovettumiseen voidaan karkeasti arvioida hiiliekvivalenttimenetelmällä [2] seuraavasti.

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

Esimerkiksi alle 20 mm paksuilla teräslevyillä kovettumistaipumus ei ole merkittävä, kun CE < 0,4 %.

Metalli, jolla on suuri kovettumistaipumus, muodostaa suuren määrän hilavirheitä lämpöepätasapainon olosuhteissa, ja jännityksen ja lämpöepätasapainon olosuhteissa se muodostaa halkeamien lähteitä ja jopa laajenee muodostaen makrohalkeamia.

Jos vetyä on hitsaus- ja lämpövaikutusalueella, se heikentää sen sitkeyttä ja aiheuttaa vetyhaurautta. Hiilipitoinen martensiittinen kovetettu kudos on erittäin herkkä vetyhaurastumiselle ja kylmähalkeiluherkkyydelle. Lämmön vaikutusalueen maksimikovuutta käytetään yleisesti hitsauksessa arvioimaan tiettyjen lujien terästen karkenemistaipumusta.

---

Toiseksi vety

Vety on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka aiheuttavat kylmähalkeilun muodostumista erittäin lujan teräksen hitsauksessa, ja tekevät siitä viivästyneen luonteen, yleensä vedyn aiheuttamaa viivästynyttä halkeilua, jota kutsutaan 'vetyhalkeiluksi' tai 'vedyn aiheuttamaksi halkeiluksi'. Syy 'viiveeseen' on se, että kestää tietyn ajan ennen kuin vety diffundoituu teräkseen, kerääntyy mikroskooppisiin vaurioihin, synnyttää jännityksiä ja halkeilee.

Mitä korkeampi vetypitoisuus on korkealujuisen teräksen hitsausliitoksessa, sitä suurempi on halkeilualttius, ja kun vetypitoisuus on suurempi kuin tietty kriittinen arvo, halkeilua alkaa ilmaantua, kriittisen arvon koko vaihtelee tapauskohtaisesti.

Kun vedyn pitoisuus hitsatulla lämpövaikutusvyöhykkeellä on riittävän korkea, martensiittisen kudoksen (jos sellaista on) haurastumista ja siten halkeamia muodostuu.

---

Kolmanneksi stressitila

Erittäin lujan teräksen hitsauksen kylmähalkeilu ei riipu vain teräksen kovettumistaipumuksesta, vedyn haitallisista vaikutuksista, vaan riippuu myös hitsausliitoksen jännitystilasta, ja joskus jännitystilalla on jopa ratkaiseva rooli. Lämpöjännitys (epätasainen lämmitys ja jäähdytys), vaihemuutosjännitys (organisaation tilavuuden muutos vaiheenmuutoksen aikana) ja hitsausliitoksen rakenteen muoto, hitsausjärjestys jne. voivat muodostaa rajoittavan voiman.

Edellä mainitut kolme elementtiä muodostumista kylmäkrakkauksen, jokaisella on oma sisäinen laki, mutta myös vaikuttavat toisiinsa. Yleensä lämpövaikutusalue ja hitsimetallin kovettumistaipumus ovat halkeilulle ominaisia ​​tekijöitä, kun taas vedyllä voi olla haitallinen roolinsa halkeilun aiheuttajana vain silloin, kun teräksessä on kovettunutta kudosta.