1.3.3. Горячие трещины

Для получения требуемых свойств металла шва необходимо повышать в нём содержание углерода, что приводит к уменьшению сопротивляемости металла шва к образованию горячих трещин. Кристаллизация металла шва происходит в условиях действия растягивающих напряжений, с уменьшением температуры величина этих напряжений может расти, возникает упругопластическая деформация металла шва. Если величина деформации превосходит деформационную способность металла шва, то в нём появляются горячие трещины.

Вероятность образования горячих трещин определяется соотношением следующих величин: интенсивности нарастания растягивающих напряжений и развития деформаций по мере снижения температуры в температурном интервале хрупкости (ТИХ), величины этого интервала (ТИХ), пластичности сплава в ТИХ. Основным фактором, оказывающим влияние на стойкость металла шва против образования к горячим трещинам является его химический состав. Крайнее неблагоприятное воздействие оказывает сера (S) образующая легкоплавкие эвтектики.

При изменении содержания углерода (C) существенно изменяет степень дендритной неоднородности распределения S. Углерод уменьшает растворимость S в жидкой стали. А это способствует выделению сульфидов по границам кристаллита. При высоких температурах С является активным растворителем, т.к. в высокопрочных сталях увеличивается концентрация С в шве, то в ходе сварки С уменьшает содержание кислорода (О₂) в шве, а если в шве мало О₂, то сульфиды выделяются в виде прослоек по границам кристаллита. Стойкость против кристаллизационных трещин резко падает.

При достаточном количестве О₂ эти сульфидные выделения округляются и равномерно распределяются по объёму металла шва, стойкость против образования горячих трещин возрастает.

Понижение содержания С в металле шва с целью увеличения его стойкости против образования горячих трещин не допускается, т.к. при этом теряется основное свойство этих материалов – высокая прочность. Эффективным путём борьбы с горячими трещинами является понижение содержания S в металле шва. Используют для этого оксиды Mn и Ca. Для высокопрочных сталей применение связывание S в летучие соединения Al₂S₃ и SiS. С температурами кипения соответственно 155 ⁰С и 940 ⁰С. Эффективным может быть также и понижение S в металле шва за счёт дополнительного воздействия на жидкий металл шлаком, который способствует уменьшению закиси железа в жидком металле, если содержится оксид марганца. В связи с этим основные шлаки более благоприятны по их влиянию на уменьшение концентрации серы в металле.

Экспериментально проверенно влияние на технологическую прочность легирующих элементов. Стойкость металла шва против горячих трещин уменьшают Ni, Si, Cu, а Cr, Mo, V, Al её не изменяют (в количествах допустимых в сталях). Стойкость металла шва против горячих кристаллизационных может быть значительно повышенно путём модифицирования. При этом происходит измельчение первичной структуры металла шва и изменение характера первичной кристаллизации. В результате модифицирования получается дезориентированная структура вместо столбчатой. В качестве модификаторов используют: Al, Ti, Zn, V. Помимо улучшения технологических свойств металла шва применение элементов модификаторов повышает его механические свойства (пластичность и ударную вязкость).

Увеличение стойкости против горячих трещин можно обеспечить путём изменение направления роста первичных кристаллитов, т.е. угла их встречи. Этот параметр зависит от формы сварочной ванны, и уменьшается при уменьшении скорости нарастания растягивающих напряжений. Скорость нарастания растягивающих напряжений может быть изменена путём: предварительного подогрева, определённым порядком наложения швов, выбора оптимального способа и режимов сварки [ ].