5. Оценка склонности к образованию горячих и холодных трещин

Косвенные методы оценки сопротивляемости сталей образованию горячих трещин

Косвенные методы определяют сопротивляемость сплавов образованию горячих трещин по диаграммам состояния, количеству ферритной фазы в аустенитных швах в соответствии с диаграммой Шеффлера, эквиваленту углерода для сталей и по другим условным показателям.

Одним из косвенных методов оценки является расчетно-статистический метод, основанный на использовании параметрических уравнений и применимый только для сплавов определенного состава. Недостаток этого метода сводится к невозможности учета неравномерного распределения примесей, а также отклонений по технологическим параметрам сварки, выходящим за исследованные пределы.

Таблица 1.1 - Расчетно-статистические показатели склонности сталей к горячим трещинам

Параметрические уравнения	Вид оценки	Область применения
	 4 – несклонная  2 – несклонная	для сталей с В 700 МПа для сталей с В700 Мпа
	 10 – стойкая  30 – склонная	NB – микролегированные стали
	>1 – стойкая <1 – склонная	Cr-Ni – аустенитные стали
L=299C+8Ni+142Nb- -5,5(%-Fe)2-105	L>0 – склонная	Аустенитно-ферритные стали

1.2 Расчетные методы оценки склонности сталей к образованию холодных трещин

Расчетные методы относятся к косвенным методам оценки и предполагают два основных методических подхода к решению задачи. Первый подход использует параметрические уравнения, полученные статистической обработкой экспериментальных данных. Эти уравнения связывают выходные параметры (показатель склонности к образованию трещин, температуру подогрева и др.) с входными параметрами, включающими в себя химический состав металла, режим сварки и другие, без учета физических процессов в металле при сварке, обусловливающих образование холодных трещин. В этой связи применение их ограничено областью, в пределах которой изменялись входные параметры при проведении экспериментов. Этот подход часто не учитывает всего многообразия факторов, оказывающих влияние на образование трещин.

Второй подход предусматривает анализ физических процессов в металлах при сварке, которые обусловливают образование трещин. В этом случае используют физические модели процесса разрушения при образовании трещин, законы металлофизики, учитывают характеристики и константы материалов. Эти методы более универсальны по сравнению с первыми и позволяют учитывать ряд металлургических, технологических и геометрических факторов. Расчеты выполняются с использованием ЭВМ.

Для пересчета содержания каждого элемента в эквивалентное количество углерода на основании статистической обработки экспериментальных данных устанавливаются соответствующие коэффициенты, значения которых зависят от системы и уровня легирования стали. В настоящее время известно более тридцати уравнений для расчета углеродного эквивалента. Степень применяемости этих уравнений различна. Следует отметить, что об­ласть применения оценки склонности сталей к образованию холодных трещин с помощью эквивалента углерода регламентируется редко, что затрудняет выбор формул и значительно снижает эффективность метода.

Одной из наиболее распространенных формул для подсчета углеродного эквивалента считают формулу вида [3]

(1.1)

При пользовании этой формулой содержание меди учитывается при Сu0,5%, а фосфора при Р > 0,05 %.

В случае если С_э > 0,45...0,55 %, в зависимости от толщины металла, рекомендуется применять предварительный подогрев. При сварке низколегированных сталей повышенной прочности низководородистыми электродами, как правило, с основным покрытием по специальной технологии (многопроходная сварка, обеспечивающая прогрев предыдущего слоя при наложении последующего по всему сечению до температур выше Ас ₃) критическое значение углеродного эквивалента может быть увеличено до 0,70 %.

В работе [4] приводится формула с другими коэффициентами:

(1.2)

Стали, у которых С_э  0,45 %, считаются потенциально склонными к образованию холодных трещин, так как в этом случае становится возможным образование закалочных структур в металле сварного соединения, что при условии насыщения металла водородом и высоких сварочных напряжений может вызвать образование трещин.

Приведенные формулы для расчета углеродного эквивалента не учитывают толщину металла и содержание в нем водорода. Толщина металла оказывает влияние, как на термический цикл, так и на уровень сварочных напряжений, влияние водорода рассмотрено ранее. Это обстоятельство в значительной мере снижает объективность оценки.

Красовский А.И. [8] приводит несколько иную формулу, учитывающую влияние толщины металла и рекомендованную странами СЭВ:

, (1.3)

где S - толщина металла, мм.

Согласно рекомендациям по использованию этой формулы для ответственных сварных конструкций может быть применена сталь с содержанием углерода не более 0,22 % и C_э ≤ 0,50 %.

При сварке изделий небольшой массы, или в условиях малой интенсивности отвода тепла указанная в таблице степень сложности технологии выполнения сварных соединений может быть снижена путем применения соответствующих повышенных режимов сварки.

Таблица 1.2 - Классификация сталей по свариваемости

Группа сталей	Свариваемость	Эквивалент Сэ, %	Технологические меры
			Подогрев		Термообработка
			перед сваркой	во время сварки	перед сваркой	после сварки
1	Хорошая	< 0,25	-	-	-	Желательна
2	Удовлетворительная	0,25…0,35	Необходим	-	Желательна	Необходима
3	Ограниченная	0,35…0,45	Необходим	Желательна	Необходима	Необходима
4	Плохая	> 0,45	Необходим	Необходим	Необходима	Необходима

Если оценка свариваемости по показателю Сэ указывает на склонность стали к появлению холодных трещин, то необходимо предусмотреть подогрев детали.