Сопротивляемость образованию XT

ХОЛОДНЫЕ ТРЕЩИНЫ В СТАЛЯХ

К категории XT относятся такие трещины в сварных соединениях, формальными призна­ками которых являются образование визуально наблюдаемых трещин практически после ох­лаждения соединения, блестящий кристалличе­ский излом их без следов высокотемпературно­го окисления. XT - локальные хрупкие разру­шения материала сварного соединения, возни­кающие под действием остаточных сварочных напряжений. Размеры XT соизмеримы с разме­рами зон сварного соединения. Локальность разрушения объясняется частичным снятием напряжений при образовании трещин, а также ограниченностью зон сварного соединения, в которых возможно развитие трещин без дополнительного притока энергии от внешних нагрузок.

Для большинства случаев возникновения XT характерны:

- наличие инкубационного периода до образования очага трещин;

- образование трещин при значениях напряжений, составляющих <0,9 кратковре­менной прочности материалов в состоянии после сварки.

Эти особенности позволяют отнести XT к замедленному разрушению свежезакаленного материала.

К образованию XT при сварке склонны углеродистые и легированные стали, некото­рые титановые и алюминиевые сплавы.

Рис. 1 Вид XT в сварных соединениях легированных сталей:

/ - откол; 2 - частокол; 3 - отрыв; 4 - продольные в шве

При сварке углеродистых и легированных сталей XT могут образоваться, если стали пре­терпевают частичную или полную закалку. Трещины возникают в процессе охлаждения после сварки ниже температуры 150 °С или в течение последующих нескольких суток. XT могут образовываться во всех зонах сварного соединения и иметь параллельное или перпен­дикулярное расположение по отношению к оси шва. Место образования и направление трещин зависят от состава основного металла и шва, соотношения компонент сварочных напряже­ний и некоторых других обстоятельств. В практике XT в соответствии с геометриче­скими признаками и характером излома полу­чили определенные названия: «откол» - про­дольные в ЗТВ, «отрыв» - продольные в зоне сплавления со стороны шва (аустенитного), «частокол» - поперечные ЗТВ и др.. Наиболее частыми являются XT вида «откол».

Образование XT начинается с возникно­вения очага разрушения, как правило, на границах аустенитных зерен на околошовном уча­стке ЗТВ, примыкающих к линии сплавления ЛС. Протяженность очагов трещин составляет несколько диаметров аустенитных зерен. При этом разрушение не сопровождает­ся заметной пластической деформацией и на­блюдается как практически хрупкое. Это по­зволяет отнести XT к межкристаллитному хрупкому разрушению. Дальнейшее развитие очага в микро- и макротрещину может носить смешанный или внутризеренный характер.

Для образования холодных трещин в зоне сварного соединения должны существовать три условия.

1. Микроструктура зоны термического влияния или металла сварного шва должна быть чувствительна к водороду. Такой структурой является мартенситная структура или структура нижнего бейнита, которая образуется в основном при, сварке сталей повы­шенной прочности.

2. В зоне сварного соединения должен быть определенный минимум диффузионного водорода, источником которого является преи­мущественно металл сварного шва.

3. В зоне сварного соединения должны действовать растягивающие напряжения.

Критическое сочетание этих факторов приводит к образованию XT.

Роль структуры связывают с развитием микропластической деформации (МПД) в при­граничных зонах зерен. МПД обусловлена на­личием в структуре свежезакаленной стали незакрепленных, способных к скольжению краевых дислокаций при действии сравнитель­но невысоких напряжений (σ<<σ_0,2). Особен­но высока плотность дислокаций в мартенсите непосредственно после сварочного термиче­ского цикла. МПД является термически акти­вируемым процессом, т.е. ее скорость зависит от температуры и величины приложенных на­пряжений. При длительном нагружении по границам зерен развивается локальная МПД, которая приводит к относительному проскаль­зыванию и повороту зерен по границам. В результате этого происходит межзеренное разрушение на стыке границ зерен. После «от­дыха» способность закаленной стали к МПД исчезает. Конечные высокая твердость и пре­дел текучести закаленной стали - результат старения, при котором происходит закрепление дислокаций атомами углерода. Особенности развития МПД достаточно хорошо объясняют приведенные ранее закономерности замедлен­ного разрушения.

Одним из главных факторов, влияющих на образование холодных трещин, является водород. Водород попадает в металл сварного шва из покрытия электродов, флюса, влажной окружающей среды, неочищенных защитных газов или загрязнений, присутствую­щих на поверхности проволоки и свариваемых кромок. Сваривае­те кромки, покрытые ржавчиной, являются мощным источником водорода, поступающего в металл сварного шва. При ручной дуговой сварке наиболее частым источником водорода является покрытие электрода. Чтобы уменьшить опасность насыщения металла сварного шва водородом, электроды или флюсы перед сваркой необходимо сушить при температуре 300—350° С в течение нескольких часов. Источником водорода при сварке может быть присадочный материал (сварочная проволока), которую в процессе изготовления (волочения) протравливают в соляной кислоте. Количество водорода в металле сварного шва выражается в миллилитрах на 100 г наплавленного металла. В зависимости от технологии сварки количество изменяется в пределах от 1 до 30 мл. Растворимость и распределение водорода в металле сварного шва зависят от концентрации и типа включений, микропор и их дислокаций, макро пор и скорости охлаждения. Из металла сварного шва водород диффундирует в зону термического влияния главным образом во время γ → α -превращения металла сварного шва. Так как при превращении γ → α растворимость водорода в металле сварного шва резко снижается, его большая часть диффундирует в зону термического влияния. Водород, который зафиксирован в зоне сварного соединения при повышенных температурах находится в атомарном состоянии. При падении температурь примерно ниже 200° С водород может перейти на определенные свободных поверхностях из атомарного состояния в молекулярное при этом возникает высокое давление газа в этих местах.

Однако, как правило, водород диффундирует и к свободным поверхностям сварного соединения, а оттуда в атмосферу. Измерение количества диффузионного водорода в сварном соединении основано на этом его свойстве. Для измерения образец сварного сое­динения непосредственно после сварки помещают в пробирку, за­полненную глицерином или ртутью. Пробирку закупоривают, и диф­фундирующий водород скапливается в верхней части пробирки виде пузырьков, где его объем измеряют. Измеренное таким cпосoбом количество водорода в миллилитрах на 100 г наплавленного металла позволяет определить содержание диффузионного водорода. Замеры с применением ртути более точные, чем с применением глицерина. Диффузия водорода к свободным поверхностям длится несколько дней, иногда и месяц, что зависит от размеров (особенно толщины) сварного соединения. Значения коэффициента диффузии зависят не только от содержания легирующих элементов внедрения и замещения, но и от плотности дислокаций и величины упругих напряжений.! Таким образом, диффузию водорода в сварных соединениях после сварки характеризует не только второй закон Фика, но и градиент химического потенциала. При сварке без предварительного подогрева или последующего нагрева за счет диффузии концентрация водорода в зоне термического влияния увеличивается еще в течение нескольких дней после сварки.

Тепловой режим, в особенности применение нагрева после сварки, весьма благоприятно влияет на выход водорода из металла сварного соединения. Если при комнатной температуре максимальное содержание водорода достигается по истечении пяти дней, то при нагреве после сварки до 150° С максимальное содержание водорода остается практиче­ски на уровне состояния непосредственно после окончания сварки.

Дата добавления: 2014-01-11