Образование горячих трещин при сварке.

Одним из распространенных и опасных дефектов сварных соединений являются горячие (кристаллизационные) трещины. Они резко снижают механические свойства и недопустимы в сварных соединениях. Кристаллизационные трещины возникают в области температур эффективного интервала кристаллизации (ЭИК) (рис.1), когда образующийся твердый каркас начнет воспринимать нагрузки, возникающие в процессе кристаллизации.

Характерной особенностью кристаллизационных трещин является их четко выраженный межкристаллитный характер разрушения.

При оценке вероятности образования кристаллизационных трещин используют понятие температурного интервала хрупкости (ТИХ).

- верхняя граница ТИХ.

- нижняя граница ТИХ.

- запас пластичности металла в области температур ТИХ.

Верхняя граница ТИХ может совпадать с верхней границей эффективного интервала кристаллизации, но чаще наблюдается соотношение:

ТИХ – интервал температур между температурой образования металлического каркаса и точкой солидуса, в котором наблюдается резкое снижение пластичности металла . Подобный характер изменения пластичности определяется тем, что на начальной стадии процесса кристаллизации объем твердой фазы мал и возникающие в процессе кристаллизации деформации полностью компенсируются подвижностью жидкого металла. По мере понижения температуры толщина межкристаллитных жидких прослоек уменьшается, при этом уменьшается подвижность жидкого металла. В какой-то момент времени перемещение жидкого металла станет практически невозможным. Начиная с данного момента, деформация кристаллизующегося металла не компенсируется перемещением жидкого, и могут сформироваться трещины.

Кристаллизационные трещины будут образовываться, если величина возникающих деформаций будет превосходить допустимую , определяемую кривой пластичности. Вероятность образования трещин можно оценить, если известна кривая пластичности и кривая, характеризующая деформацию кристаллов .

Вообще величина деформации определяется величиной линейной усадки и деформацией формоизменения .

- свойство материала,

- зависит от способа и режима сварки и конфигурации свариваемой конструкции.

Кристаллизующийся металл обладает запасом пластичности , который равен:

Трещины не возникают, если:

Чем выше запас пластичности в ТИХ, тем меньше склонность металла к образованию кристаллических трещин.

1.2. Способы борьбы с кристаллизационными трещинами.

Из анализа природы образования кристаллизационных трещин все способы борьбы с ними делят на две группы:

1 группа – воздействие на свойства материала;

2 группа – воздействие на характер деформации.

1.2.1. Воздействие на свойства материала.

1.2.1.1. Воздействие на процесс первичной кристаллизации.

а) Введение модифицирующих добавок, позволяющих воздействовать на ТИХ.

б) Введение добавок, способствующих сфероидизации жидкого металла на заключительной стадии кристаллизации.

в) Воздействием на форму сварочной ванны в области фронта кристаллизации: желательно исключить образование стреловидной формы (рис. 4а) и обеспечить овальную.

1.2.1.2. Изменение химического состава металла шва.

а) Введение химических добавок, способствующих связыванию примесей, образующих легкоплавкие эвтектики.

Например – введение марганца в металл шва при сварке малоуглеродистых сталей. При введении марганца, сера, образующая легкоплавкие эвтектики(система FeS – Fe : ,

система Fe – FeO – Fe : ,

связывается в соединение сульфид марганца с большей температурой эвтектики (система FeS – MnS : ).

б) Обеспечение двухфазной кристаллизации за счет рационального легирования металла шва. Этот способ применяют при сварке сталей типа Х18Н10Т. Расчет состава присадочной проволоки осуществляют, используя диаграмму Шеффлера.