Оэ металлы укажите причины образования горячих трещин

Горячие трещины при сварке металлов. Причины образования горячих трещин

Горячие трещины при сварке могут появляться как в самом металле сварного шва, так и в зоне термического влияния. Самой распространённой причиной образования горячих трещин считается невозможность свариваемого металла пластически деформироваться при высоких температурах.

После того, как начинается охлаждение металла сварного шва и околошовной зоны, происходит возникновение и развитие усадочных напряжений. Подобные напряжения деформируют металл, растягивая его. И, в случае, когда деформационная способность металла слишком мала, в нём начинают появляться несплошности.

Чаще всего, горячие трещины при сварке появляются в тот момент, когда сварное соединение находится в двухфазном состоянии. Другими словами, когда по границам кристаллизовавшихся зёрен ещё находится какое-либо количество жидкого металла. Риск образования горячих трещин зависит и от скорости деформации. Т.е. от скорости деформации зависит, заполнятся ли уже возникшие трещины жидким металлом, который ещё не успел затвердеть. Понимая это, можно утверждать, что вероятность возникновения трещин в горячем металле зависит от трёх составляющих: концентрации, температуры и скорости деформации.

Любое сварное соединение, в процессе своего сваривания, проходит через температурную область склонности к таким дефектам, как горячие трещины. Другими словами, любые металлы и стали при сварке, склонны к появлению к горячих трещин в том или ином температурном интервале.

Поэтому, необходимо иметь в виду, что такой дефект сварного шва, как горячие трещины, может образоваться при сварке любых сталей. И это не зависит от того, будет ли это сварка аустенитных сталей, или сварка низколегированных сталей, или же сварка сверхпрочных материалов.

Виды горячих трещин

Горячие трещины можно условно поделить на две категории:

1. Горячие трещины в самом металле сварного шва
2. Горячие трещины в зоне термического влияния

Учитывая то, что при температуре образования трещин усадочные напряжения в металле ещё небольшие, характерной особенностью горячих трещин является то, что они достаточно короткие, но, вместе с тем, разветвлённые, этим они отличаются от холодных трещин при сварке.

Горячие трещины в металле сварного шва

Горячие трещины в сварном шве могут быть кристаллизационными и ликвационными. Кристаллизационные трещины относительно длинные, неразветвлённые и более раскрытые. Зависят такие трещины от величины двугранного угла места стыка кристаллитов и от формы затвердевшей ванны.

Ликвационные горячие трещины представляют собой короткие микротрещины, располагающиеся в районе встречи столбчатых кристаллов. Существуют внешние и внутренние причины образования горячих трещин в сварном шве.

К внешним причинам образования горячих трещин относится сегрегация таких элементов, как сера, фосфор, кислород или различных окислов. Т.е., как правило, это те элементы, которые не добавляются специально в металл, а проникающие в него в виде сопутствующих примесей или вследствие металлургических превращений. Также они могут проникать в металл сварного шва, переходя из основного металла, при его расплавлении.

К внутренним причинам возникновения горячих трещин относится влияние присадочных элементов, т.е. тех, которые специально добавлены в металл сварного шва. Это может быть сегрегация таких элементов, как хром, титан, ниобий, вольфрам, молибден, бор, ванадий и др.

При появлении трещин, сегрегирующие элементы и примеси не обязательно должны находиться в расплавленном состоянии. Они могут формировать тонкие плёнки в твёрдом состоянии, и эти плёнки будут уменьшать прочность по границам зёрен.

Как уменьшить риск возникновения горячих трещин в сварном шве

Для снижения вероятности формирования горячих трещин в сварном шве, нужно контролировать металлургические процессы в расплавленном металле и обеспечить оптимальное раскисление металла при сварке.

В случае образования оксидов и сульфидов большое значение имеет отношение содержания кислорода к содержанию серы O/S в сварном шве. Если значение этого соотношения будет низкое, то по границам зёрен будут образовываться плёнки оксисульфидов. При увеличении этого соотношения плёнки перейдут в глобулярное состояние.

Для связывания серы самым лучшим вариантом будет её взаимодействие с марганцем. Снижение отрицательного влияния серы, в форме сульфидных плёнок, остаётся главной трудностью, особенного при повышенном содержании легирующих элементов в сварном шве.

Одним из способов устранения отрицательного воздействия серы на образование горячих трещин при сварке является управление процессом кристаллизацией, чтобы она проходила слева от перитектической точки. В этом случает, происходит большое выделение дельта-феррита, а в нём сера растворяется значительно лучше, чем в аустените.

Хорошим выходом будет связывание серы титаном, цирконием, или редкоземельными металлами. При содержании серы до 0,02%, можно избежать горячих трещин при сварке, если соблюсти пропорции: Zr/S>5, или Ti/S>8. Склонность металла сварного шва к образованию горячих трещин можно определить по выражению, приведённому на странице: «Оценка свариваемости сталей».

Горячие трещины в зоне термического влияния

Горячие трещины, появляющиеся в зоне термического влияния, делятся на три вида:

1. Ликвационные трещины
2. Трещины по причине низкого относительного удлинения
3. Трещины по другим причинам

Ликвационные трещины образуются достаточно часто при сварке конструкционных сталей. Происходит это из-за того, что в прокатных сталях присутствуют различные включения, которые находятся в листе в виде строчек в направлении проката. И температура плавления таких включений (в основном, сульфидов), ниже температуры солидуса матрицы.

В этом случае, при сварке прокатного листа, часть сульфидов растворяется в зоне термического влияния, образуя сульфидную плёнку. Эта плёнка располагается по границам зёрен и снижет их когезионную прочность. Это является причиной формирования сетки горячих микротрещин.

При сварке низколегированных сталей образованию горячих трещин в зоне термического влияния способствуют легирующие элементы. Особенно сильно влияют титан и ниобий.

Ликвация на границе зёрен происходит при температурах 1300-1350°C, а температура солидуса низколегированных сталей составляет 1400-1480°C.

Трещины по причине снижения относительного удлинения появляются при температурах, близких к температуре солидуса. Снижение относительного удлинения при температурах 1050-950°C наблюдается при сварке низколегированных конструкционных сталей, среднелегированных, а также при сварке высоколегированных сталей, в особенности, хромоникелевых аустенитных. Однако, опасность образования трещин из-за сниженного относительного удлинения, возникает только при сварке аустенитных сталей.

Источник

Горячие и холодные трещины при сварке

Положениями ГОСТа 30242 предусматривается разделение всех существующих дефектов сварочного производства на шесть групп. Первую из них составляют разного рода трещины – изъяны в виде продольного разрыва металла в месте соединения. Они образуются под воздействием напряжения, которое образуется после сваривания заготовок, или в результате внешнего механического воздействия. Эксплуатация конструкции с такими повреждениями рано или поздно приводит к их разрушению.

Трещина относится к числу недопустимых дефектов и должна быть устранена в обязательном порядке. Такого рода дефекты образуются как на сварном шве, так и в округ него в пределах зон, где сохраняется термическое влияние. Обнаружить их можно при визуальном контроле качества соединения. Чтобы детальнее рассмотреть характер и размеры повреждения, можно воспользоваться лупой с большим увеличением. С ее помощью обнаруживаются и микротрещины.

Виды трещин

Трещины принято классифицировать. Различают два их вида: горячие (высокотемпературные) и холодные (низкотемпературные). Каждый из видов имеет градацию по ряду признаков. Горячие и холодные трещины делятся по направлению – поперечные или продольные могут быть в самом кратере сварного шва или же располагаться по всей ширине валика в виде изогнутой линии (радиальные). Трещины горячие возникают при высокой температуре – 1000 и более градусов Цельсия. Холодные образуются при температурах намного ниже – 200-300 градусов Цельсия.

Причины образования горячих трещин при сварке

Горячие трещины – это разрушения шва или металла в зоне термического влияния сварки на межкристаллическом уровне. Изъян образуется в стадии твердожидкого состояния расплава после завершения процесса кристаллизации или же в твердом его состоянии при высоких температурах. Излом имеет темный цвет и извилистую форму.

Причины образования горячих трещин выполнении сварочных работ:

• Деформация может быть вызвана укорочением.
• Между зернами есть жидкие прослойки.
• Из-за фиксации деталей, что исключает их перемещение для правильного остывания.
• В силу нарушения связей между зернами, вызванного сторонними включениями с низкой температурой твердения.
• Присутствия других включений. Особую опасность представляют фосфор и сера.

Последовательность образования горячих трещин:

1. Прекращения нагрева влечет начало процесса остывания расплава и металла вокруг ванночки.
2. После достижения определенной температуры в расплаве начинают образовываться кристаллы. Между твердыми частицами есть прослойки жидкого вещества.
3. Возрастает внутреннее напряжение, приводящее к снижению способности металла деформироваться.

Разная усадка сварных швов и горячего металла вокруг них провоцирую появления сильных внутренних напряжений, в результате которых в разных направлениях возникают трещины.

Когда образуются холодные трещины

Холодные трещины – это разрушения на межкристаллическом уровне шва или зоны вокруг него, которые образуются в процессе кристаллизации расплава, который находится в твердожидком агрегатном состоянии. Пространственное расположение изъянов может быть любым: продольным, поперечным или под углом. Излом обладает светлым оттенком и проявляется постепенно в процессе остывания сварного соединения. Трещины становятся видимыми уже при 300 градусах Цельсия. По этой причине их называют холодными.

Чаще всего холодные трещины образуются в корне шва и в месте соприкосновения валика с металлом заготовки. Основное «коварство» такого рода дефектов заключается в том, что могут образовываться не только на поверхности, но и внутри металла. Они могут быть небольшого размера и обнаружить такие трещины намного сложнее, чем горячие.

Еще одно важное отличие заключается в том, что холодные трещины не обладают разветвленной структурой, как горячие. Раскрываются они тоже не настолько широко. Реагируя с атмосферным кислородом изъяны обретают голубоватый или коричневатый оттенок. Наиболее уязвимыми являются изделия из низколегированной или высокопрочной стали.

Причины образования холодных трещин:

• Чрезмерно сильное соединение свариваемых заготовок.
• Неверно подобран диаметр электрода: меньше оптимального.
• Нарушена технология выполнения сварочных работ.
• Высокой содержание углерода в металле.
• Сварной шов был охлажден слишком быстро.
• Большие внутренние напряжения.

Кристаллизация

Кристаллы образуются в процессе остывания металла, то есть в тот период, когда он из жидкого состояния переходит в твердое. Именно такой процесс имеет место быть после сваривания заготовок. В это время высока вероятность деформации металла и образования трещин.

В процессе кристаллизации сварного шва образуются горячие трещины. Их еще называют кристаллизационными. Они становятся заметными уже на последнем этапе кристаллизации, когда температура близка к солидусу и исчезают последние капли жидкого металла.

Как избежать появления трещин

Вероятность образования трещин можно уменьшить. Для этого следует придерживаться некоторых рекомендаций:

• Снизить жесткость стыка свариваемых заготовок.
• Ширина сварного шва должна соответствовать толщине полок соединяемых элементов.
• Сила сварочного тока должна быть в пределах рекомендованных для конкретного типа работ значениях.
• Содержание углерода и серы в присадочных материалах должно быть минимальным.
• Удерживать электрод под оптимальным углом по отношению к рабочей поверхности.
• Не делать сварочный шов слишком узким.
• Сваривать заготовки в несколько проходов. Однопроходные швы являются наименее прочными.

Не помешает предварительно нагреть соединяемые заготовки.

Ликвидация трещин

Нормативные документы содержат информацию о наиболее эффективных мерах предупреждения и ликвидации брака в сварочных работах, в том числе и разного рода трещинах. Основным способом исправления трещин является их заваривание. Перед устранением дефекта следует выполнить подготовительные работы.

Сначала нужно осмотреть изъян, чтобы точно определить его начало и окончание. Края трещин высверливают, а если сделать это не представляется возможным, то прижигают. Сначала реставрируемую область можно несколько подогреть. Если трещина слишком большая и ее длина составляет 30 и более сантиметров, то заварить ее следует обратноступенчатым способом.

Исправление трещин при ремонте авто

Головка блока цилиндров (ГБЦ) относится к числу наиболее важных элементов автомобиля. Если она неисправна, то машина по факту остается без силовой установки. Если корпус ГБЦ имеет трещину, то ее можно заварить. Для этого используется электродуговая сварка. Не исключается также использование газовой горелки. После завершения всех работ сварной шов покрывается эпоксидной смолой.

Источник

Горячие и холодные трещины при сварке

Содержание:

Согласно ГОСТу 30242 все дефекты разделяют на шесть групп. Первая из них целиком принадлежит трещинам. Дефект шва, называемый трещиной, — это несплошность в виде разрыва металла. В месте образования появляется очаг напряжения, который при эксплуатации изделия приведет к дальнейшему разрушению.

Поэтому трещина считается недопустимым дефектом и подлежит устранению. Место образования трещин бывает, как в самом шве, так и в околошовной зоне, где сохраняется термическое влияние. Увидеть этот дефект нетрудно при визуальном осмотре. Для уточнения вида и ее размеров можно использовать лупу с большим увеличением. Ее приходится применять обязательно для обнаружения микротрещин.

Виды трещин

Существуют две разновидности трещин: первая их них называется горячей или высокотемпературной, а вторая — холодной или низкотемпературной. Каждая из них имеет градацию по другим признакам. Горячие и холодные трещины при сварке делятся по направлению — продольные, поперечные, могут быть радиальными или находиться в кратере валика. Горячие трещины образуются в металле при очень высокой температуре — более 1000°С, а для холодных достаточно более низкого значения в 200-300°С.

Горячие

Горячие трещины — это, по определению, разрушения межкристаллического характера. Цвет излома имеют темный, а форму — извилистую. Окисление является сильным.

Причины образования горячих трещин при сварке:

1. Деформации, вызванные укорочением.
2. Жидкие прослойки между зернами.
3. Невозможность перемещения деталей для правильного остывания, что происходит при их слишком сильной фиксации.
4. Нарушение связей между зернами из-за наличия элементов с низкой температурой затвердевания.
5. Присутствие примесей и включений. Особенно влияют сера и фосфор.

Горячие трещины при сварке имеют следующую последовательность образования:

• после прекращения нагрева горячий металл начинает понемногу охлаждаться;
• при определенной температуре в сварном шве начинают образовываться кристаллы, между которыми имеются прослойки в жидком виде;
• происходит возрастание напряжений, приводящих к понижению деформационной способности шва и зоны вокруг него.

В результате неодинаковой усадки шва и свариваемого материала после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин в разных направлениях.

Холодные

Холодные трещины при сварке образуются в теле самого шва и рядом. Они располагаются в продольном и поперечном направлениях под любым углом ко шву. Излом имеет светлый оттенок. Время появления — период остывания деталей. Трещины могут появляться, начиная с температуры 300 °С, поэтому их называют холодными в отличие от горячих.

Наиболее распространенные места появления холодных трещин — корень шва и место, где стыкуются валик и свариваемый металл. Такой вид трещин может появляться не только на поверхности, но и внутри металла. Их протяженность может быть небольшой. Обнаружить внутренние трещины более сложно.

Холодные трещины не имеют такого сильного разветвления, как у горячих. Меньшим является и их раскрытие. При реакции с кислородом воздуха их цвет становится коричневым или голубоватым. Высокопрочные и низколегированные стали являются наиболее уязвимыми.

Холодные трещины при сварке — причины возникновения:

1. Слишком сильное соединение свариваемых деталей.
2. Маленький диаметр электрода, не соответствующий толщине свариваемых деталей.
3. Несоблюдение технологии сварки.
4. Повышенное содержание углерода.
5. Слишком быстрое охлаждение.
6. Наличие внутренних напряжений.
7. Неправильный выбор электрода.

При возможности следует избегать ситуаций, когда образуются холодные трещины при сварке.

Кристаллизация

Кристаллизацией называется процесс, состоящий в образовании кристаллов. Это происходит при переходе металла из состояния жидкого в твердое. Именно это и происходит при сварке металлических изделий.

Этот процесс в сварном шве приводит к деформированию металлов и образованию трещин. Какие виды трещин образуются при кристаллизации сварного шва? Горячие, которые имеют второе название кристаллизационные, могут появиться в металлическом шве на последней стадии кристаллизации. При этом температура близка к солидусу, когда происходит исчезновение последних капель жидкого металла.

Предупреждение появления трещин

Существуют определенные меры, уменьшающие вероятность возникновения различных видов трещин:

1. Уменьшение жесткости соединения свариваемых деталей.
2. Подбирать ширину сварного шва, соизмеримую с толщиной деталей.
3. Значение сварного тока должно соответствовать рекомендуемому данному виду соединения. Превышение приведет к перегреву.
4. Сварочную проволоку выбирать с небольшим содержанием серы и углерода.
5. Соблюдать угол наклона электрода.
6. Шов не должен быть слишком узким.
7. Применение многопроходного способа сваривания. Однопроходные швы являются менее прочными.

Не лишним будет предварительный нагрев свариваемых деталей.

Ликвидация трещин

В нормативных материалах указаны меры борьбы с дефектами, в том числе трещинами. Основной метод — сварка трещин. Перед заваркой необходимо произвести подготовку. Она состоит в осмотре повреждения и определении его длины. Окончания трещины высверливают, а при невозможности выполнить эту операцию прижигают концы. Перед началом операции исправляемую область можно слегка подогреть. Если длина трещины составляет более 300 мм, то имеет смысл применить обратноступенчатый метод.

Сварка при ремонте автомобиля

Одной из главных частей автомобиля является головка блока цилиндров. От ее исправности зависит работа двигателя. При образовании в этой детали трещины для ремонта применяется ее заварка. Сварка трещин ГБЦ производится электросваркой. Возможно также применение газовой сварки. После окончания сварки шов покрывают эпоксидной пастой.

Интересное видео

Источник