Orsaker till kallsprickor vid svetsning

Kallsprickning är en vanligare typ av sprickbildning i svetsproduktion, som uppstår när svetsen kyls till en lägre temperatur, för låglegerade höghållfasta stål, runt den martensitiska omvandlingstemperaturen. De tre elementen i kallsprickbildning är stålets härdningstendens, svetsens vätehalt och dess fördelning samt spänningstillståndet hos svetsfogen.

---

I. Härdningstendens

Stålets härdningsbenägenhet beror huvudsakligen på dess kemiska sammansättning och kylningsförhållanden. Ju större härdningsbenägenhet stålet har, desto mer sannolikt ger kallsprickning vid svetsning. Eftersom ju större härdningstendensen innebär att svetsen kommer att producera mer martensitorganisation när den upphettas, och martensitdeformationskapaciteten är låg benägen för sprödbrott. Härdningstendensen hos svetsade fogar, förutom den kemiska sammansättningen, kylförhållanden, men också med svetsprocessen, strukturen av plåttjockleken.

Bland dem kan den kemiska sammansättningens inverkan på stålets härdningstendens grovt uppskattas med hjälp av kolekvivalentmetoden [2], enligt följande.

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

Till exempel för stålplåtar som är mindre än 20 mm tjocka är härdningstendensen inte signifikant när CE < 0,4 %.

Metall med en stor härdningstendens kommer att bilda ett stort antal gallerdefekter under tillståndet av termisk obalans, och under tillståndet av stress och termisk obalans kommer den att bilda sprickkällor och till och med expandera för att bilda makrosprickor.

Om väte finns i svets- och värmepåverkad zon kommer det att minska dess seghet och ge väteförsprödning. Den kolhaltiga martensitiska härdade vävnaden är mycket känslig för väteförsprödning och kallsprickningskänslighet. Den maximala hårdheten för den värmepåverkade zonen används vanligen vid svetsning för att bedöma härdningstendensen hos vissa höghållfasta stål.

---

För det andra, väte

Väte är en av de viktiga faktorerna som orsakar bildandet av kallsprickning vid svetsning av höghållfast stål, och gör att det har en fördröjd karaktär, vanligtvis väte-inducerad fördröjd sprickning som kallas 'vätesprickning' eller 'väte-inducerad sprickbildning'. Anledningen till 'förseningen' är att det tar en viss tid för väte att diffundera i stålet, samlas vid mikroskopiska defekter, generera spänningar och spricka.

Ju högre vätehalt i svetsfogen av höghållfast stål desto större är känsligheten för sprickbildning och när vätehalten är större än ett visst kritiskt värde kommer sprickbildning att börja uppstå, storleken på det kritiska värdet varierar från fall till fall.

När koncentrationen av väte i den svetsade värmepåverkade zonen är tillräckligt hög, kommer det att bli ytterligare försprödning av den martensitiska vävnaden (om någon), och därmed bildandet av sprickor.

---

För det tredje, stresstillståndet

Höghållfast stålsvetsning kallsprickning beror inte bara på stålhärdningstendensen, de skadliga effekterna av väte, utan beror också på spänningstillståndet hos svetsfogen, och ibland spelar spänningstillståndet till och med en avgörande roll. Den termiska spänningen (ojämn uppvärmning och kylning), fasändringsspänningen (volymförändring av organisationen under fasbyte) och formen på strukturen, svetssekvensen etc. hos svetsfogen kan utgöra den begränsande kraften.

Ovannämnda tre delar av bildandet av kall sprickbildning, var och en har sin egen inneboende lag, men påverkar också varandra. I allmänhet är den värmepåverkade zonen och svetsmetallens härdningstendens inneboende faktorer för sprickbildning, medan väte kan spela sin skadliga roll för att framkalla sprickbildning endast när det bildas härdad vävnad i stålet.