Основы дуговой сварки

Холодное растрескивание: причины и способы профилактики

Холодное растрескивание - это, как правило, трещины, самопроизвольно образующиеся в при температурах ниже 200°C после полного затвердевания металла по завершении сварки. Холодное растрескивание может произойти спустя несколько часов или дней после сварки. Это явление называется замедленным разрушением. Холодное растрескивание с большой вероятностью происходит во всех ферритных и мартенситных сталях, таких как углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали, если не были приняты соответствующие меры для его профилактики, главным образом, предварительный подогрев.

Холодные трещины, как показано на фото 1 и 2, обычно вызываются сочетанием таких факторов, как низкая пластичность сварного шва, а также остаточное напряжение и присутствие диффузионного водорода в сварном шве. Пластичность сварного шва может снижаться при высоком углеродном эквиваленте и при быстром остывании после затвердевания. Остаточое напряжение в сварном шве может быть большим, чем предполагается, если в нем присутствуют такие неоднородности, как неполное расплавление, неполная глубина проплавления, захлесты, подрезы, шлаковые включения и пористость. Источником диффузионного водорода в сварных швах является, главным образом, влажность в самом сварном изделии и в воздухе.

Фото 1. Холодная трещина, начавшаяся в корне шва и протянувшаяся в сварочный металл

Фото 2. Холодная трещина, образовавшаяся у пяты шва и протянувшаяся в зону термического влияния

Таким образом, холодное растрескивание можно предотвратить путем контролирования трех основных факторов ― низкой пластичности, остаточного напряжения и наличия диффузионного водорода.
Следует:
(1) Произвести предварительный нагрев основного металла, чтобы замедлить остывание сварного шва. Это позволяет предотвратить охрупчивание сварного шва и удаляет из него растворенный водород.
(2) Избежать неоднородностей сварного шва, чтобы не допустить концентрации напряжения.
(3) Использовать низководородные сварочные материалы для минимизации содержания диффузного водорода в сварных швах.

При предварительном нагреве важно определить температуру, наиболее подходящую для используемого базового и присадочного металла. Оптимальная температура обычно определяется для каждого индивидуального проекта с учетом ряда факторов, таких как химический состав, уровень ограничения (или толщина пластин металла), тип сварочного процесса, погонная энергия, а также количество диффузионного водорода в сварочном металле. В Таблице 1 приведены общие данные по оптимальным температурам предварительного нагрева для разных видов стали.

Таблица 1. Общие указания по температурам предварительного нагрева и межваликовым температурам для разных типов стали.

Тип металла	Температура предварительного нагрева и межваликовая температура (°C)
HT50	20 - 120
HT60	50 - 120
HT80	100 - 180
0.5% молибденовая сталь	100 - 200
1.25% хромовая - 0.5% молибденовая сталь	150 - 300
2.25% хромовая - 1% молибденовая сталь	200 - 350
5% хромовая - 0.5% молибденовая сталь	250 - 350
9% хромовая - 1% молибденовая сталь	250 - 350
17% хромовая нержавеющая сталь	100 - 250
13% хромовая нержавеющая сталь	100 - 400

Примечание: Данные температуры указаны только для общего сведения.

При сварке толстостенных камер высокого давления часто производится немедленное нагревание сварного шва (например, при 300°C в течение 30 минут) сразу же после завершения сварки, пока сварной шов сохраняет температуру предварительного нагрева и межваликовую температуру. Это позволяет предотвратить замедленное разрушение во время охлаждения камеры до комнатной температуры для проведения неразрушающих испытаний перед термической обработкой после сварки (PWHT). Комбинированное применение предварительного подогрева и немедленного нагревания после сварки позволяют эффективно избежать образования холодных трещин в сварных швах.

Верх страницы