Причини появи холодних тріщин при зварюванні

Холодне розтріскування є більш поширеним типом розтріскування у зварювальному виробництві, яке виникає, коли зварний шов охолоджується до більш низької температури, для низьколегованих високоміцних сталей, близько температури мартенситного перетворення. Трьома елементами утворення холодної тріщини є тенденція до зміцнення сталі, вміст водню в зварному шві та його розподіл, а також напружений стан зварного з’єднання.

---

I. Схильність до загартовування

Схильність сталі до зміцнення залежить головним чином від її хімічного складу та умов охолодження. Чим більша тенденція до гартування сталі, тим більша ймовірність утворення холодних тріщин під час зварювання. Оскільки більша тенденція до зміцнення означає, що зварний шов вироблятиме більше мартенситної організації при нагріванні, а деформаційна здатність мартенситу є низькою, схильною до крихкого руйнування. Тенденція до зміцнення зварних з'єднань, крім хімічного складу, умов охолодження, але також і з процесом зварювання, структурою товщини пластини.

Серед них вплив хімічного складу на тенденцію до зміцнення сталі можна приблизно оцінити за допомогою методу вуглецевого еквівалента [2] таким чином.

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

Наприклад, для сталевих пластин товщиною менше 20 мм тенденція до зміцнення незначна, якщо CE < 0,4%.

Метал із великою тенденцією до зміцнення утворює велику кількість дефектів решітки за умови теплового дисбалансу, а за умови напруги та теплового дисбалансу він утворює джерела тріщин і навіть розширюється, утворюючи макротріщини.

Якщо водень присутній у зварному шві та в зоні термічного впливу, це зменшить його в’язкість і призведе до водневої крихкості. Високовуглецева мартенситна загартована тканина дуже чутлива до водневої крихкості та чутливості до холодного розтріскування. Максимальна твердість зони термічного впливу зазвичай використовується в зварюванні для оцінки тенденції зміцнення деяких високоміцних сталей.

---

По-друге, водень

Водень є одним із важливих факторів, що спричиняють утворення холодних тріщин при зварюванні високоміцної сталі, і роблять його уповільненим характером, зазвичай спричинене воднем уповільнене розтріскування, яке називається «водневим розтріскуванням» або «розтріскуванням, викликаним воднем». Причина «затримки» полягає в тому, що водню потрібен певний час, щоб дифундувати в сталі, накопичуватися на мікроскопічних дефектах, створювати напруги та тріскатися.

Чим вищий вміст водню в зварному з'єднанні високоміцної сталі, тим більша схильність до розтріскування, і коли вміст водню перевищує певне критичне значення, почне з'являтися розтріскування, розмір критичного значення варіюється від випадку до випадку.

При досить високій концентрації водню в зоні термічного впливу зварного шва буде відбуватися подальше окрихчення мартенситної тканини (якщо вона є) і, таким чином, утворення тріщин.

---

По-третє, стресовий стан

Холодне розтріскування при зварюванні високоміцної сталі залежить не тільки від тенденції зміцнення сталі, шкідливого впливу водню, але також залежить від напруженого стану зварного з'єднання, а іноді напружений стан навіть відіграє вирішальну роль. Термічне напруження (нерівномірне нагрівання та охолодження), напруга зміни фази (зміна об’єму організації під час зміни фази) і форма конструкції, послідовність зварювання тощо зварного з’єднання можуть утворювати силу, що обмежує.

Вищезазначені три елементи утворення холодного крекінгу, кожен з яких має свій власний закон, але також впливають один на одного. Загалом, зона термічного впливу та тенденція до зміцнення металу шва є внутрішніми факторами розтріскування, тоді як водень може відігравати свою шкідливу роль у спричиненні розтріскування лише тоді, коли в сталі утворюється загартована тканина.