ХОЛОДНЫЕ ТРЕЩИНЫ В СВАРНЫХ ШВАХ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И МЕРЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
1. В отличие от горячих холодные трещины образуются при температурах ниже 290°С, когда металл приобретает высокую твердость.
2. По характеру распространения в металле холодные трещины являются в основном транскристаллитным разрушением металла. Зарождаясь на границах зерен (чаще всего на стыке трех зерен), холодные трещины затем распространяются как по границам, так и преимущественно по телу зерен.
3. За мальм исключением они могут образоваться в закаливающихся сварных швах и в околошовной зоне основного металла, склонного к закалке.
4. Наиболее часто холодные трещины обнаруживаются в швах и в околошовной зоне соединений высоколегированных сталей и сварных швах мартенситного класса, свариваемых проволокой или электродами идентичного класса (например, в швах типа 16Х13, 12Х17Н2,14Х12В2МФ, 15X11МВФ и др.). Реже они встречаются в аустенитных швах (например, в хромоникелькремнистых, содержащих более 6% Si).
5. Появление видимых холодных трещин в швах почти всегда сопровождается характерным звоном. Их появление связано с местным увеличением объема металла при образовании мартенсита и с возникновением сварочных напряжений в сварном соединении.
6. Непременным условиями образования закалочных (холодных) трещин являются:
- низкая температура распада аустенита (по некоторым литературным данным ниже 290° С),
- наличие достаточно больших объемных напряжений,
- появление крупных игл мартенсита,
- наличие большого количества высоколегированного феррита в высокохромистых закаливающихся швах.
7. С увеличением толщины свариваемого металла возможность образования холодных трещин возрастает.
8. Повышение содержания углерода и насыщение сварочной ванны водородомтакже способствует образованию и развитию холодных трещин:
- после завершения кристаллизации и последующего остывания металла шва выделение из него водорода не прекращается. Даже при комнатной температуре из пересыщенного твердого раствора металла может довольно длительное время выделяться водород, причем атомы водорода выделяются не только в атмосферу, но и в мельчайшие дефекты кристаллической решетки металла и в неметаллические включения, скопляясь в них в виде молекул под большим давлением;
- возникшее давление в сочетании со структурными напряжениями (при превращении аустенита в мартенсит (при закалке и подкалке) объем металла увеличивается) и вместе со сварочными напряжениями обусловливают зарождение и развитие холодных трещин;
- водород способствует образованию и развитию холодных трещин не только в закаливающемся шве, но и в околошовной зоне. В результате растворения водорода в сварочной ванне при сварке создается разница его концентрации между затвердевшим швом и металлом околошовной зоны. Эта разница концентрации и высокие температуры металла обусловливают интенсивную диффузию водорода из шва в околошовную зону. При дальнейшем охлаждении сварного соединения в металле происходит превращение аустенита в мартенсит. Вследствие меньшей растворимости водорода в феррите (мартенсите) по сравнению с аустенитом атомы его выделяются из твердого раствора, собираясь, как отмечалось, в молекулярном виде в дефектных местах решетки.
8. По имеющимся литературным данным при сварке сталей 20X13, 14Х17Н2 и других подобных швами, по составу близкими к основному металлу, образованию холодных трещин способствует кремнийпри его количестве в шве более 0,5%. В связи с этим желательна окислительная защитная среда при сварке этих сталей.
9. Как было показано ранее, повышение окислительной способности защитной среды при дуговой сварке (увеличение содержания кислорода в защитном газе, введение активных окислов во флюс, в покрытие электродов или в сердечник порошковой проволоки) способствует уменьшению насыщения металла сварочной ванны водородом, а также снижению содержания кремния в шве, благодаря чему стойкость последнего против образования не только горячих, но и холодных трещин возрастает.
10. Отличительной особенностью холодных трещин, кроме низкой температуры образования, является замедленный характер их развития. Как правило, они зарождаются по истечении некоторого времени после окончания сварки и затем на протяжении нескольких минут, часов, а иногда даже суток распространяются по длине и глубине шва. Причем, наряду с развитием ранее образовавшихся трещин, появляются и развиваются новые. Это особенно относится к трещинам при сварке толстого металла. По достижении некоторой определенной величины трещины в швах могут развиваться мгновенно (взрывоподобно), со звоном.
11. Холодные трещины в шве и в околошовной зоне могут быть продольные и поперечные. Продольные холодные трещины имеют такой же внешний вид, как и горячие трещины, поперечные же — расположены, как правило, перпендикулярно оси шва.
12. Поскольку образование холодных трещин связано с температурой превращения ау-стенита в мартенсит, элементы, снижающие эту температуру, усиливаютсклонность металла к образованию холодных закалочных трещин.
К таким элементам прежде всего относится углерод. Чем больше углерода или других элементов, снижающих температуру мартенситного превращения, тем при меньшем содержании водорода образуются холодные трещины. Кремний не относится к этим элементам, однако, как уже отмечалось, при повышении его содержания более 0,5% в высокохромистых мартенситных швах увеличивается склонность их к образованию холодных трещин.
13. В швах с 10—14% хрома повышение количества хрома, молибдена и других элементов-ферритизаторов (особенно кремния,но не титана) снижает трещиноустойчивость металла, а введение в шов элементов-аустенитизаторов (марганца, никеля), предотвращающих появление в нем ферритной фазы, повышает стойкость против образования холодных трещин.
14. Наиболее действенной мерой предотвращения появления закалочных трещин при сварке толстолистового высокохромистого металла и заварке раковин его литья является предварительный и сопутствующий местный или общий подогрев изделий и последующее медленное охлаждение:
- при подогреве свариваемой стали повышается температура превращения аустенита в мартенсит и уменьшается интенсивность нарастания сварочных напряжений, благодаря чему предотвращается образование холодных трещин;
- для повышения пластичности и вязкости металла шва и околошовной зоны изделия из высокохромистых закаливающихся сталей подвергают высокому отпуску;
- режим подогрева и отпуска изделий из закаливающихся сталей зависит от состава и толщины свариваемого металла, а также от жесткости закрепления соединений. Для ряда сталей эти режимы указаны в НД и справочной литературе.
Дата добавления: 2015-10-22; просмотров: 1285;