Пукнатини в заварени съединения

Надеждността, работоспособността и икономичността на заварените конструкции до голяма степен зависят от качеството на заварените съединения и наличието на дефекти в тях. При решаването на важния въпрос за приемливостта на откритите дефекти трябва да се вземат предвид следните важни фактори;

  • конструктивни характеристики, размери и форма на самата конструкция и нейните заварени възли;
  • състояние на напрежение в резултат на производството му, както и след термична обработка;
  • характер на дефектите, техния брой и местоположение;
  • условия на експлоатация на конструкцията и др.

Заваръчните дефекти могат да бъдат класифицирани

  • според местоположението им,
  • причини за образование
  • конфигурация и размер.

Образуването на пукнатини, пори, шлакови включвания до голяма степен се определя от химичния състав на използваните заваръчни материали и технологията на заваряване, а липсата на топене, подрязвания, увисване, изгаряния - нарушение на технологичния процес, неизправност на оборудването, ниски производствени стандарти.

Дефекти като макро- или микропукнатини могат да бъдат разделени на следните групи в зависимост от температурния диапазон на тяхното образуване:

  1. горещ, възникващ в процеса на охлаждане при високи температури, съответстващ приблизително на интервала от температура над точката на солидус до 1000 ° C;
  2. горещ, образуван в температурния диапазон 1000.600°C;
  3. образувани след заваряване в резултат на темпериране на заварени съединения;
  4. студени, които се появяват в края на заваряването при температури под 250. 200 ° C;
  5. ламелни, възникващи в ЗТВ на заварено съединение. Те могат да възникнат при повишени температури и да се разпространят при студ.

Горещи пукнатини.

Те се образуваткогато по време на процеса на охлаждане деформацията на метала надвишава способността му да се деформира. Когато металът се охлади, неговата пластичност и скорост на деформация се променят. Степента на деформация на метала в температурния диапазон на крехкост (TIC) зависи от температурния коефициент на линейно разширение, твърдостта на заварения детайл и режима на заваряване.

Легиращите елементи и примесите, присъстващи в течния метал на заваръчната вана (въглерод, сяра, бор и др.), Които имат малък коефициент на разпределение, се натрупват между нарастващите клетки (дендрити), причиняват значително намаляване на температурата на втвърдяване на участъците от течен метал, разположени между клетките, и допринасят за разширяването на двуфазната област - температурния интервал на кристализация (TEC). В тази връзка се увеличава разликата в механичните свойства (пластичност и якост) на металния междинен слой между клетките, който се втвърдява при по-ниска температура в сравнение с предварително кристализираните оси на клетките.

Когато металът се охлади в резултат на свиване, размерът на деформацията и нейната концентрация се увеличават в металните междинни слоеве, които имат по-ниска температура на втвърдяване и, следователно, якост и пластичност. Изчерпването на пластичността води до образуване на пукнатини, когато капацитетът на деформация на метала е по-малък от деформацията, причинена от свиване.

Пластичните свойства на метала ще бъдат толкова по-високи, колкото по-малък е TEC, тъй като разликата в механичните свойства на осите на кристалите и техните граници намалява. Термичният цикъл на заваряване влияе върху естеството на първичната кристализация, размера на кристалитите и степента на химическа нехомогенност по напречното сечение на кристалитите, посоката на растеж на кристалитите, формата и размера на заваръчната вана. С увеличаване на размера на кристалите, степента на химнехомогенности по напречното им сечение и склонността на метала да образува горещи пукнатини по границите на кристалитите. При тясна и дълбока заваръчна вана, когато кристалите растат от противоположните ръбове един към друг, в резултат на натрупването на легиращи елементи и примеси пред фронта на кристализация, което води до намаляване на температурата на втвърдяване, рискът от пукнатини в средната част на заваръчния шев се увеличава. По този начин устойчивостта на метала срещу образуването на кристализационни пукнатини се влияе от формата на проникване, фактора на формата на заваръчния шев.

Горещи пукнатини в ЗТВ. В температурния диапазон от около 1400.1000ºС се наблюдава интензивен растеж на зърната и миграция на границите на зърната в ЗТВ. Натрупването на легиращи елементи и примеси по границите на зърната насърчава образуването на горещи пукнатини.

Оценка на устойчивостта на заварени съединения срещу появата на горещи пукнатини. Същността на методите за изпитване на горещи пукнатини е високотемпературната деформация на метала по време на заваряване под въздействието на външни сили, създадени от машината за изпитване (методи за изпитване на машина), или под въздействието на вътрешни сили от свиване на заваръчния шев (методи за технологично изпитване). Сред машинните методи трябва да се отбележат: LTP-1-6, "Verenstraint", "Transvernestrain", методът на принудителна деформация на заваръчния метал и др.

За качествена оценка на устойчивостта на заваръчния метал срещу образуването на горещи пукнатини се използват технологични методи за изпитване на образец, които са типични заварени съединения (възли, конструкции), чиято технология на заваряване определя повишена стойност на скоростта на високотемпературни деформации, водещи до появата на пукнатини.

Методът може да се използва за изследване на склонността на HAZ към образуване на горещи пукнатини или за определяне на TIR на метал.моделиране на циклите на термична деформация на метала в ЗТВ. Такива тестове могат да се извършват на системи IMET, Termorestor, Gleable.

Горещипукнатини, образувани в температурния диапазон в диапазона на нискотемпературна крехкост (NTIKH) (600.1000ºС), възникват в многослойни заварки в ЗТВ, създадени в предишния слой при нанасяне на следващия слой, в ЗТВ на основния метал, подложен на многократно нагряване при многослойно заваряване, в заварени съединения на конструкции по време на термичната им обработка. Една от основните причини за образуването на горещи пукнатини в NTIH е отделянето на примеси по границите на зърната в резултат на повторно нагряване.

Като мерки за подобряване на устойчивостта на метала срещу напукване NITH препоръчва: намаляване на съдържанието на сяра и кислород в метала, смилане на структурата на заваръчния метал и HAZ, увеличаване на скоростта на деформация, намаляване на времето на престой на метала в този интервал и специфична енергия и др.

Пукнатини при закаляване. По време на термична обработка на заварени продукти от нисколегирани стомани, както и от никелови, аустенитни хромо-никелови стомани, предприети за намаляване на нивото на остатъчните напрежения, пукнатините се зараждат в нискотемпературния диапазон (200.300ºС), когато завареният продукт се нагрява до температура на отвръщане и при температури на отвръщане. Причината за появата на пукнатини от първия тип може да бъде високата скорост на нагряване на продукта. Високите термични напрежения, взаимодействащи с остатъчните напрежения, могат да причинят образуването на микропукнатини, чийто растеж продължава с по-нататъшно нагряване. Дефектите на заваръчните шевове (горещи, студени пукнатини), произтичащи от заваряване, могат да се увеличат значително, когато продуктът се нагрява повторно.

Образуването на пукнатини при закаляване може да бъде предотвратенонамаляване на скоростта на нагряване на продукта по време на топлинна обработка, както и охлаждане след заваряване преди засаждане в пещта на ниво 150.300ºС.

С намаляване на скоростта на охлаждане се увеличава чувствителността на стоманата към образуването на темпериращи пукнатини. Пукнатини при закаляване, които се появяват при по-високи температури, могат да бъдат причинени от утаяването на фино диспергирани карбиди от твърдия разтвор вътре в зърната, което причинява тяхното утаяване на укрепване. В този случай релаксацията на остатъчните напрежения по време на темперирането трябва да протича по механизма на пълзене по границите на зърната. При изчерпване на пластичните свойства се появяват пукнатини по границите на зърната.

Наличието на повърхностноактивни елементи в стоманата, както и някои легиращи елементи (хром, молибден, ванадий), оказва неблагоприятно влияние.

Надлъжните пукнатини, разположени в ЗТВ, се наричат ​​отломки. Ако са възникнали в зоната на сливане от страната на шева, тогава те се наричат ​​разделяния. Напречно и надлъжно може да премине от ЗТВ към шева. Те могат или не могат да излязат на повърхността на заварената връзка (външна или вътрешна).

Устойчивостта на ЗТВ срещу забавено и крехко разрушаване зависи от скоростта на охлаждане на заварените съединения. С увеличаването му на HAZ се образуват по-напрегнати структури с ограничена релаксация на микронапреженията чрез микропластични измествания.

Най-простият и ефективен начин за предотвратяване на студено напукване е да се контролира термичният цикъл на заваряване и да се използва предварително загряване, когато е необходимо. Оптимални термични цикли за заваряване на дебел метал с предварително нагряване могат да бъдат получени чрез двойно или многодъгово заваряване.

Тестовете за чувствителност към студено напукване могат да бъдат разделени на следните групи:

1)включващи използването на реален процес на заваряване на твърди проби (тестове с помощта на проби "Tekken", STS, кръст, RRC с принудителна твърдост и др.);

2) механично с помощта на инсталациите LTP-2, LTP2-3, методът "Имплант";

3) със симулиран цикъл на термична деформация на заваряване на базата на инсталациите Termorestor, Glib, LTPZ-6 и др.

Ламеларни пукнатини. Източниците на ламеларни пукнатини, главно в ЗТВ или в основния метал, когато е натоварен в посока, перпендикулярна на дебелината на листа (по оста z), могат да се считат за значително количество и неравномерно разпределени неметални включвания в стоманата, които са подредени на слоеве по дебелината на валцувания продукт. Пластинчатото счупване най-често възниква при заваряване на конструкции от листове със значителна дебелина от структурни и аустенитни стомани. В аустенитните стомани центровете на напукване (ламиниране) могат да бъдат линии (междинни слоеве) по дебелината на листа от карбиди и оксиди.

Тези пукнатини са свързани с дефекти от вида на студените пукнатини, въпреки че тяхното образуване може да бъде свързано с процеси, протичащи във високотемпературната област на HAZ. Най-ефективната мярка за предотвратяване образуването на ламелни пукнатини е изборът на стомана с добри пластични свойства по посока на оста z.

При заваряване на стомани, склонни към образуване на ламеларни пукнатини, в някои случаи се използва предварително облицоване на ръбовете преди заваряване. Важно условие за предотвратяване на появата на ламеларни пукнатини е изборът на рационален дизайн на заварени възли, за да се намали нивото на напрежение по дебелината.

Ултразвуковото изследване дава възможност да се определи натрупването на включвания, които са потенциални източници на образуване на пукнатини по време на заваряване. Най-често оценяваната пластмасасвойства на листа в посока на дебелината. Критерият за оценка при използване на този метод за изпитване е степента на странично стесняване. Пластичността на критичните структури трябва да бъде най-малко 30%.

Отбелязаните закономерности в появата на пукнатини по време на заваряване и термична обработка позволяват да се тълкуват от общите позиции на металознанието и якостта като проява на крехко разрушаване при условия на релаксация (пълзене). Те се появяват, когато границата на пластичност по време на междукристално разрушаване на съответния участък на завареното съединение е по-малка от деформацията на пълзене, натрупана по време на заваряване (горещи пукнатини), задържане след него (студени пукнатини) или по време на темпериране (пукнатини по време на топлинна обработка). Физическите закономерности на процеса на образуване и развитие на пукнатини на микроструктурно ниво могат да бъдат различни за всеки тип счупване, но техните общи характеристики позволяват да се използват унифицирани феноменологични подходи, разработени за условията на междукристално счупване по време на пълзене.