Соединений легированных сталей холодным трещинам

Эти способы основаны на устранении (уменьшении) отрицательного действия факторов, обусловливающих образование XT, путем: а) регулирования структуры металла сварного соединения; б) снижения концентрации диффузионного водорода в шве; в) снижения уровня сварочных напряжений.

Целью регулирования структуры металла сварного соединения является уменьшение содержания закалочных составляющих – мартенсита и нижнего бейнита, повышения температуры их образования, уменьшения размеров действительного аустенитного зерна.

Это возможно путем выбора рационального состава стали, сварочных проволок и регулирования термического цикла сварки.

При выборе марки стали предпочтительными являются комплексно-легированные стали с минимально возможным содержанием углерода, одновременно легированные Mo, W, Ti.

Высокая стойкость к XT характеризует и микролегированные стали (Мо–Ni–V) < 0,5 % при С < 0,1 %.

Эффективно применение сварочных материалов, имеющих более низкие Т кристаллизации и превращения аустенита, чем у основного металла, а также повышенную растворимость Н и низкий коэффициент его диффузии. Так, при сварке ферритно-перлитных сталей аустенитным присадочным металлом резко повышается сопротивляемость металла XT.

Если Т_пл проволоки меньше Т_пл металла, создают условия для "залечивания" (заполнения) очагов зарождения трещин жидким металлом: Т_пл проволоки Св-08Х20Н9Г7Т = 1460 °С, а у проволоки Св-08ГА Т_пл = 1520 °С.

Рис. 29. Сварочные термические циклы: а – идеальный; б – при РДС; в – при ЭЛС

Регулирование термического цикла сварки осуществляют путем изменения погонной энергии сварки, а также Т предварительного или сопутствующего подогрева для получения идеального термического цикла (рис. 29). При этом цикле обеспечивается медленное охлаждение ниже Ас (уменьшается опасность закалки, и создаются благоприятные условия эвакуации Н).

Наиболее часто для предотвращения XT применяют предварительный или сопутствующий подогрев, который способствует переходу металла в пластичное состояние (Т_кр > 100 °С), снижению остаточных напряжений, эвакуации водорода ("отдых") и уменьшению скорости охлаждения.

Если подогрев нецелесообразен, рекомендуют отпуск сварного соединения непосредственно после сварки. При этом снижается уровень s_ост, твердость, повышается пластичность и ударная вязкость.

Способы снижения концентрации Н в металле сварного соединения основаны на устранении источников снабжения атмосферы дуги водородом. Это прокалка электродов при 400...500 °С в течение 3...4 ч, а флюсов – при 500...600 °С, осушение защитных газов, очистка свариваемых кромок и проволок от ржавчины, масла и других загрязнений. Предусматривается связывание водорода в атмосфере дуги в нерастворимые в жидком железе соединения.

Наиболее эффективны основные покрытия электродов и флюсы с CaF₂, а также содержащие FeO. Аналогичный эффект достигается при сварке в СО+О₂, Аг+О₂, и т.п.

Во всех случаях сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности.

Снижение уровня сварочных напряжений достигается путём рационального конструирования (минимальные размеры швов, их симметричное расположение, применение обратного прогиба и т.п.), рациональной технологии сборки и сварки (сварка с минимальной погонной энергией, правильный порядок наложения швов и т.п.), пластического деформирования после сварки (прокатка роликом, проковка, обработка взрывом, виброобработка сварочного изделия).

Для снижения остаточных напряжений (перемещений) применяют как общий нагрев конструкции (отпуск, отжиг), так и местный.

Ламелярные трещины

ЛТ – трещины в ЗТВ, образующиеся параллельно поверхности свариваемых листов, имеющие ступенчатый, каскадный характер. Визуально наблюдаются после окончания сварки и охлаждения. Излом хрупкий, без следов окисления, большую часть которого составляют плоские древовидные участки (имеющие вид расщепленного дерева). Эти участки совпадают со слоистостью металла, образующейся в результате прокатки, и по этой причине трещины получили название ламелярных (слоистых трещин).

Образуются ЛТ, как правило, в угловых и тавровых соединениях низколегированных сталей мартеновского и конвертерного производства под действием сварочных напряжений, направленных по толщине свариваемых листов. По внешним признакам напоминают XT.

С увеличением содержания углерода в стали возможно образование и XT, и ЛТ, а при С > 0,3 % преимущественно образуются XT. Образование ЛТ связано с наличием в металле вытянутых плоских неметаллических включений типа сульфидов и силикатов.

Разрушение металла связано с механическим отделением неметаллических включений от металлической матрицы, отрыв неметаллических включений вследствие различной величины термического расширения и т.п.

Для предотвращения ЛТ необходимо конструировать и изготавливать узел так, чтобы сварочные напряжения по направлению толщины листа были минимальны, применять предварительный и сопутствующий подогрев, осуществлять наплавку на свариваемые кромки.

Наиболее эффективный способ – повышение качества стали путём снижения содержания серы.