Przyczyny pęknięć zimnych podczas spawania

Pękanie na zimno jest bardziej powszechnym rodzajem pękania w produkcji spawalniczej, które występuje, gdy spoina jest schładzana do niższej temperatury w przypadku niskostopowych stali o wysokiej wytrzymałości, zbliżonej do temperatury przemiany martenzytycznej.Trzy elementy powstawania pęknięć na zimno to tendencja stali do hartowania, zawartość wodoru w spoinie i jego rozkład oraz stan naprężenia złącza spawanego.

I. Tendencja do hartowania

Skłonność stali do hartowania zależy głównie od jej składu chemicznego i warunków chłodzenia.Im większa tendencja stali do hartowania, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia pęknięć na zimno podczas spawania.Ponieważ im większa tendencja do utwardzania, oznacza to, że spoina będzie wytwarzać większą organizację martenzytu po podgrzaniu, a zdolność odkształcania martenzytu jest niska podatność na kruche pękanie.Skłonność do utwardzania złączy spawanych, oprócz składu chemicznego, warunków chłodzenia, ale także procesu spawania, struktury grubości blachy.

Wśród nich wpływ składu chemicznego na skłonność stali do hartowania można z grubsza oszacować metodą równoważnika węgla [2] w następujący sposób.

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

Na przykład w przypadku blach stalowych o grubości mniejszej niż 20 mm tendencja do hartowania nie jest znacząca, gdy CE < 0,4%.

Metal o dużej tendencji do hartowania będzie tworzył dużą liczbę defektów sieci w warunkach braku równowagi termicznej, a w warunkach naprężeń i nierównowagi termicznej będzie tworzył źródła pęknięć, a nawet rozszerzał się, tworząc makropęknięcia.

Jeżeli w spoinie i strefie wpływu ciepła występuje wodór, zmniejsza on jego wytrzymałość i powoduje kruchość wodorową.Wysokowęglowa, utwardzana martenzytycznie tkanka jest bardzo wrażliwa na kruchość wodorową i wrażliwość na pękanie na zimno.Maksymalna twardość strefy wpływu ciepła jest powszechnie stosowana podczas spawania w celu oceny tendencji do hartowania niektórych stali o wysokiej wytrzymałości.

Po drugie, wodór

Wodór jest jednym z ważnych czynników powodujących powstawanie pęknięć na zimno podczas spawania stali o wysokiej wytrzymałości i sprawia, że ​​ma on opóźniony charakter, zwykle wywołane wodorem opóźnione pękanie zwane „pękaniem wodorowym” lub „pękaniem wywołanym wodorem” .Powodem „opóźnienia” jest to, że wodór potrzebuje pewnego czasu na dyfuzję w stali, gromadzenie się w mikroskopijnych defektach, wytwarzanie naprężeń i pękanie.

Im wyższa zawartość wodoru w złączu spawanym stali o wysokiej wytrzymałości, tym większa podatność na pękanie, a gdy zawartość wodoru przekroczy określoną wartość krytyczną, zaczną pojawiać się pęknięcia, wielkość wartości krytycznej jest różna w zależności od przypadku Do sprawy.

Gdy stężenie wodoru w spawanej strefie wpływu ciepła będzie wystarczająco wysokie, nastąpi dalsza kruchość tkanki martenzytycznej (jeśli wystąpi), a co za tym idzie powstawanie pęknięć.

Po trzecie, stan stresu

Pękanie na zimno podczas spawania stali o wysokiej wytrzymałości zależy nie tylko od tendencji do hartowania stali, szkodliwego działania wodoru, ale także od stanu naprężenia złącza spawanego, a czasami stan naprężenia odgrywa nawet decydującą rolę.Siłę ograniczającą mogą tworzyć naprężenia termiczne (nierównomierne nagrzewanie i chłodzenie), naprężenia zmiany fazowej (zmiana objętości organizacji podczas zmiany fazy) oraz forma konstrukcji, kolejność spawania itp. złącza spawanego.

Wyżej wymienione trzy elementy powstawania pęknięć na zimno, każdy ma swoje własne wewnętrzne prawo, ale także wpływają na siebie.Ogólnie rzecz biorąc, strefa wpływu ciepła i tendencja metalu spoiny do hartowania są nieodłącznymi czynnikami powodującymi pękanie, podczas gdy wodór może odgrywać szkodliwą rolę w wywoływaniu pękania tylko wtedy, gdy w stali tworzy się utwardzona tkanka.