Vzroki za nastanek hladnih razpok pri varjenju

Hladne razpoke so pogostejša vrsta razpok v varilni proizvodnji, ki nastanejo, ko se zvar ohladi na nižjo temperaturo, za nizkolegirana jekla visoke trdnosti, okoli temperature martenzitne transformacije. Trije elementi nastanka hladne razpoke so nagnjenost jekla kaljenju, vsebnost vodika v zvaru in njegova porazdelitev ter napetostno stanje zvarnega spoja.

---

I. Nagnjenost k strjevanju

Težnja kaljenja jekla je odvisna predvsem od njegove kemične sestave in pogojev hlajenja. Večja kot je nagnjenost jekla k utrjevanju, večja je verjetnost, da bodo med varjenjem nastale hladne razpoke. Ker večja nagnjenost kaljenju pomeni, da bo zvar pri segrevanju ustvaril več martenzitne organizacije, deformacijska zmogljivost martenzita pa je nizka, nagnjena k krhkemu lomu. Nagnjenost k utrjevanju zvarnih spojev, poleg kemične sestave, pogojev hlajenja, pa tudi s postopkom varjenja, strukturo debeline plošče.

Med njimi je mogoče grobo oceniti vpliv kemične sestave na nagnjenost jekla k utrjevanju z uporabo metode ogljikovega ekvivalenta [2], kot sledi.

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

Na primer, pri jeklenih ploščah, debelih manj kot 20 mm, nagnjenost kaljenju ni pomembna, če je CE < 0,4 %.

Kovina z veliko nagnjenostjo k utrjevanju bo v pogojih toplotnega neravnovesja tvorila veliko število napak na rešetki, pod pogoji napetosti in toplotnega neravnovesja pa bo tvorila vire razpok in se celo razširila v makro razpoke.

Če je vodik prisoten v zvaru in na toplotno prizadetem območju, bo to zmanjšalo njegovo žilavost in povzročilo vodikovo krhkost. Visokoogljično martenzitno utrjeno tkivo je zelo občutljivo na vodikovo krhkost in občutljivost na hladne razpoke. Največja trdota območja toplotnega vpliva se običajno uporablja pri varjenju za oceno nagnjenosti kaljenju nekaterih jekel visoke trdnosti.

---

Drugič, vodik

Vodik je eden od pomembnih dejavnikov, ki povzročajo nastanek hladnih razpok pri varjenju jekla visoke trdnosti, zaradi česar ima zapoznelo naravo, običajno z vodikom povzročeno zapoznelo pokanje, imenovano 'vodikovo pokanje' ali 'pokanje, povzročeno z vodikom'. Razlog za 'zakasnitev' je v tem, da je potreben določen čas, da vodik difundira v jeklu, se zbere na mikroskopskih napakah, ustvari napetosti in poči.

Višja kot je vsebnost vodika v zvarnem spoju visoko trdnega jekla, večja je dovzetnost za pokanje, in ko je vsebnost vodika večja od določene kritične vrednosti, se bodo začele pojavljati razpoke, velikost kritične vrednosti se razlikuje od primera do primera.

Ko je koncentracija vodika v območju toplotnega vpliva zvara dovolj visoka, pride do nadaljnje krhkosti martenzitnega tkiva (če obstaja) in s tem do nastanka razpok.

---

Tretjič, stresno stanje

Hladne razpoke pri varjenju visoko trdnega jekla niso odvisne samo od nagnjenosti kaljenju jekla, škodljivih učinkov vodika, ampak so odvisne tudi od napetostnega stanja zvarnega spoja, včasih pa ima napetostno stanje celo odločilno vlogo. Toplotna obremenitev (neenakomerno segrevanje in ohlajanje), napetost pri spremembi faze (sprememba volumna organizacije med spremembo faze) in oblika strukture, zaporedje varjenja itd. zvarnega spoja lahko tvorijo omejevalno silo.

Zgoraj omenjeni trije elementi nastanka hladnega razpokanja imajo vsak svojo lastno notranjo zakonitost, vendar tudi vplivajo drug na drugega. Na splošno sta toplotno prizadeta cona in nagnjenost zvara k utrjevanju intrinzična dejavnika za pokanje, medtem ko lahko vodik igra svojo škodljivo vlogo pri sprožanju pokanja le, če je v jeklu tvorba utrjenega tkiva.