Холодні тріщини
Такі тріщини є локальними крихкими руйнуваннями міжкристалітного (внутрішньозереїного) та транскристалітного (міжзеренного) характеру, що виникають у шві та зоні термічного впливу зварного з'єднання при його охолодженні до температур нижче
300.. . 150 СС внаслідок несприятливої зміни структури та властивостей металу. Формальними їх ознаками є велика порівняно з гарячими тріщинами протяжність, перпендикулярне або паралельне по відношенню до шва розташування і блискучий кристалічний злам без слідів високотемпературного окислення. 8.6.
Мал. 8.6. Види холодних тріщин а) залежно від орієнтації по відношенню до зварювального шва 1 - граничні у шві;
3 - частоколи, 6 - поперечні у шві; б) з морфології тріщин: 2 - відколи; 4 - відриви по зоні сплавлення; 5 - ламелярні
До утворення холодних тріщин схильні вуглецеві, низько- і всі середньолеговані сталі, а також частина високолегованих термічно оброблюваних сталей, титанові і алюмінієві сплави.
Особливостями виникнення та розвитку холодних тріщин є:
1) наявність підготовчого та інкубаційного періодів, що визначають час до появи вогнища руйнування та його розвитку до субмікротріщини;
2) певний рівень міцності матеріалу в стані після зварювання, при якому відбувається перетворення субмікротрешини на тріщину, що спостерігається візуально.
За сучасними уявленнями визначальними освіти холодних тріщин є три причини: структурний (загартований) чинник, насичення металу воднем і підвищений рівень напруг першого роду.
При багатошаровому зварюванні напервинне загартування накладаються процеси повторного загартування, різних стадій відпустки, видів старіння тощо, що може викликати тріщини повторного нагрівання. Цей процес пояснюється, мабуть, сегрегаційними та фазовими виділеннями, що призводять до погіршення властивостей металу шва або навколошовної зони (коагуляції карбідів, виділення по межах зерен інтерметалідів тощо). При багатошаровому зварюванні литих сталей утворення холодних тріщин пов'язують із процесами деформаційного старіння при Т - 200. 300 ° С [10].
Незважаючи на зазначене, «структурний фактор» широко використовується для попередньої якісної оцінки зварюваності (схильності до холодних тріщин) експериментальними (за твердістю) та розрахунково-статистичними (за значенням Секв) методами.
Водень, яким насичується метал зварного шва з атмосфери дуги, з основного та електродного металу, є іншим важливим фактором, що зумовлює утворення холодних тріщин. Це часто називають водневої крихкістю. Причинами, що обумовлюють появу холодних тріщин у цьому випадку, є:
2) наявність певного мінімуму дифузійного водню в зоні зварного з'єднання, джерелом якого при зварюванні є переважно метал шва, тобто [Н] 30 см3/Ю0 р. н. м.;
3) певний рівень розтягуючих напруг у зоні зварного з'єднання.
При охолодженні зварювальної ванни водень дифундує до її поверхні та в зону термічного впливу. Максимальна дифузія спостерігається в період поліморфного перетворення у -> а через різке зниження розчинності водню у ферриті. Переходячи при Т = = 200 °З атомарного в молекулярну форму і адсорбуючись на вільних поверхнях дефектів структури, водень створює в локальних обсягах металупідвищений тиск, вичерпуючи його деформаційну здатність і викликаючи мікронадриви, тобто вогнища тріщин. Їхнє подальше зростання призводить до виникнення макротріщин. Наявність у структурі неметалевих включень (оксидів, нітридів, шлаків) полегшує зростання тріщин та його просування зі шва у зону термовпливу. Процес зміни концентрації водню у шві та зоні термічного впливу відбувається протягом деякого часу. Тому такі грещі часто називають уповільненими [10, II].
Високий рівень напруг (I та 11 роду) каталізує появу холодних тріщин. Фізична сутність процесу полягає у деформуванні структури найбільш «слабкої» ділянки, зміні довжини кордонів зерен та створенні умов для прискореного розвитку тріщин до критичних розмірів. Саме тому поява холодних тріщин у зварних з'єднаннях великої товщини ймовірніша, ніж у малих.
Зі сказаного випливає, що процес утворення та розвитку холодних тріщин багатозалежний від цілого
ряду конструктивних та технологічних факторів процесу зварювання. Встановлення цих залежностей для конкретних марок сталей і типів конструкцій часто є дискусійним і досі однозначно не завжди вирішується.
Способи та критерії оцінки схильності до холодних тріщин класифікуються за:
1) характеру процедури оцінки - на непрямі та прямі;
2) характеру показників — на якісні, напівкількісні та кількісні;
3) характеру використання показників - порівняльні та прикладні.
Непрямі способи дозволяють оцінити схильність зварного з'єднання до холодних тріщин розрахунковим шляхом без випробування матеріалів, а прямі — передбачають зварювання технологічних проб.
Критерії оцінки (показники зварюваності)вони можуть бути якісні («схильні», «не схильні») або кількісні, що мають чисельний вираз параметра, що контролює процес утворення тріщин.
Розрахункові методи оцінки схильності до холодних тріщин використовують параметричні рівняння, одержані статистичною обробкою експериментальних даних. Вони пов'язують вхідні параметри (хімічний склад, режими зварювання, тип з'єднання) із вихідними параметрами (лемпература підігріву, показник схильності). При цьому часто важко використовувати все різноманіття факторів, що визначають утворення холодних тріщин.
В даний час використовуються такі параметричні залежності: