Причины холодных трещин при сварке

Холодное растрескивание — более распространенный вид растрескивания в сварочном производстве, возникающий при охлаждении сварного шва до более низкой температуры, для низколегированных высокопрочных сталей, около температуры мартенситного превращения. Тремя элементами образования холодных трещин являются склонность стали к закалке, содержание водорода в сварном шве и его распределение, а также напряженное состояние сварного соединения.

---

I. Тенденция к ужесточению

Склонность стали к закалке зависит главным образом от ее химического состава и условий охлаждения. Чем выше склонность стали к закалке, тем больше вероятность образования холодных трещин при сварке. Потому что чем выше склонность к закалке, тем выше вероятность хрупкого разрушения сварного шва. Склонность к упрочнению сварных соединений зависит не только от химического состава, условий охлаждения, но и от процесса сварки, структуры толщины пластины.

Среди них влияние химического состава на склонность стали к закалке можно грубо оценить с помощью метода углеродного эквивалента [2] следующим образом.

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

Например, для стальных листов толщиной менее 20 мм тенденция к закалке незначительна, если CE < 0,4%.

Металл с большой склонностью к упрочнению в условиях термического дисбаланса образует большое количество дефектов решетки, а в условиях напряжений и термического дисбаланса образует источники трещин и даже расширяется с образованием макротрещин.

Если водород присутствует в сварном шве и зоне термического влияния, он снижает его ударную вязкость и вызывает водородное охрупчивание. Высокоуглеродистая мартенситная закаленная ткань очень чувствительна к водородному охрупчиванию и чувствительности к холодному растрескиванию. Максимальную твердость зоны термического влияния обычно используют в сварке для оценки склонности к закалке некоторых высокопрочных сталей.

---

Во-вторых, водород

Водород является одним из важных факторов, вызывающих образование холодных трещин при сварке высокопрочных сталей, и он имеет замедленный характер, обычно индуцированное водородом замедленное растрескивание, называемое «водородным растрескиванием» или «водородным растрескиванием». Причина «задержки» в том, что водороду требуется определенное время, чтобы диффундировать в стали, собраться у микроскопических дефектов, создать напряжения и растрескаться.

Чем выше содержание водорода в сварном соединении высокопрочной стали, тем больше склонность к растрескиванию, а при содержании водорода больше определенного критического значения начнут появляться трещины, величина критического значения варьируется от случая к случаю.

При достаточно высокой концентрации водорода в зоне термического влияния сварного шва происходит дальнейшее охрупчивание мартенситной ткани (при ее наличии) и, как следствие, образование трещин.

---

В-третьих, стрессовое состояние

Холодное растрескивание при сварке высокопрочных сталей зависит не только от склонности стали к закалке, вредного воздействия водорода, но и от напряженного состояния сварного соединения, а иногда напряженное состояние даже играет решающую роль. Сдерживающую силу могут образовывать термические напряжения (неравномерный нагрев и охлаждение), напряжения фазового перехода (изменение объема организации при фазовом переходе), а также форма конструкции, последовательность сварки и т. д. сварного соединения.

Вышеупомянутые три элемента образования холодных трещин каждый имеет свой собственный закон, но также влияет друг на друга. В общем, зона термического влияния и тенденция к закалке металла сварного шва являются внутренними факторами растрескивания, тогда как водород может сыграть свою вредную роль в возникновении растрескивания только тогда, когда в стали образуется затвердевшая ткань.