Основы дуговой сварки

Горячие трещины: причины образования и способы профилактики

Горячие трещины – это трещины, которые образуются при высоких температурах, близких к солидусу металла, при которых металл когерентен, но при этом крайне хрупок. Образование горячих трещин может происходить в сварочных металлах и в зоне термического влияния. Почти все металлы (такие как углеродистая сталь, низколегированная сталь, аустенитная нержавеющая сталь, никелевые и алюминиевые сплавы) могут в той или иной мере быть подвержены этому дефекту.

Недостаточная пластичность при высоких температурах, приводящая к охрупчиванию около солидуса, обычно вызывается формированием межкристалльных жидких прослоек из примесей в металле, в особенности серы и фосфора. Обе эти примеси реагируют с элементами основы и создают соединения с низкой температурой плавления (ниже, чем у основы), тем самым ослабляя межкристалльную целостность. Недостаточные связи на границе кристаллов, в свою очередь, приводят к появлению трещин, образованию которых способствует растягивающее напряжение, вызванное сокращением сварного шва. Горячие трещины также известны как «усадочные трещины», которые образуются при сильном охлаждении расплавленного сварочного металла, а также «трещины плавления», которые образуются в зоне термического влияния базового металла и сварочного металла, находящихся в твердом состоянии, под воздействием температуры сварочной дуги.

Горячие трещины обычно образуются в продольном направлении по оси сварного шва, располагаясь в его центре, однако они могут образовываться и поперек оси шва, в зависимости от направления растягивающего напряжения. На Рисунке 1 показана продольная горячая трещина на поверхности сварного шва. Еще одна горячая трещина, показанная на Рисунке 2, представляет собой продольную трещину, образовавшуюся внутри сварочного металла.

Рис. 1 Продольная горячая трещина на поверхности сварочного металла при сварке методом SMAW

Рис. 2 Продольная горячая трещина на поперечном сечении сварочного металла при сварке методом SAW

Горячее растрескивание можно предотвратить, прибегнув к соответствующим предосторожностям, которые описаны ниже, за исключением некоторых сплавов, которые изначально крайне подвержены горячему растрескиванию при дуговой сварке.

(1) Использование более низкой погонной энергии
Использование более низкой погонной энергии ускоряет остывание сварочного металла, что минимизирует время нахождения металла в температурном диапазоне хрупкости. Это также увеличивает соотношение ширины к глубине сварочного металла, тем самым снижая его подверженность образованию горячих трещин.

(2) Использование кромки с большим радиусом
Использование сварных деталей с большим радиусом кромки увеличивает соотношение ширины к глубине сварочного металла, что позволяет предотвратить образование горячих трещин – Рис. 3.

Рис. 3. Влияние соотношения ширины к глубине (Ш/Г) сварочного металла на склонность стали 2.25Cr-1Mo к образованию горячих трещин при дуговой сварке под флюсом.

(3) Использование ферритных присадочных материалов.
При сварке аустенитных нержавеющих сталей следует использовать присадочные материалы, содержащие феррит (обычно 3-10% в сварочном металле) в аустенитной основе. Для особых целей (например, использовании при криогенных температурах), когда требуется полностью аустенитный сварочный металл, следует использовать присадочный металл с низким содержанием серы и фосфора и с повышенным содержанием марганца.

Верх страницы