Напряжения, деформации и образование дефектов в сварных швах, страница 5

Горячие трещины

Горячими (кристаллизационными) трещинами называются хрупкие межкристаллитные разрушения сварного шва или зоны сплавления, возникающие в процессе сварки при температурах, близких к температуре плавления (линии солидуса). При этих температурах металл находится в твердожидком состоянии и обладает пониженными пластическими свойствами. В процессе кристаллизации металл шва проходит через так называемый температурный интервал хрупкости (ТИХ).

В этом интервале температур твердожидкий металл шва характеризуется резко выраженным снижением пластичности по сравнению с пластичностью закристаллизовавшегося металла. При переходе через нижнюю границу ТИХ пластические свойства металла резко улучшаются.

Условием возникновения горячих трещин является возникновение в металле шва в период его кристаллизации и охлаждения деформаций, превышающих деформационную способность металла при данной температуре. При охлаждении металл стремится сократиться пропорционально снижению температуры, т.е. свободные температурные укорочения должны составлять a×Т(a— коэффициент линейного расширения). Однако фактическая деформация металла шва отличается от a×Т, так как шов окружен и связан с металлом, менее нагретым, который препятствует свободному сокращению металла шва.

В результате этого шов будет испытывать растяжение со стороны окружающего металла. При нахождении металла шва в интервале хрупкости деформационная способность металла будет меньше пластической деформации, вызванной растягивающими напряжениями, что может привести к появлению горячих трещин.

Если пластическая деформация, которую претерпевает металл во время пребывания его в ТИХ, не превзойдет величину пластичности самого металла, то горячие трещины не образуются. Сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин определяется тремя основными факторами:

1) величиной ТИХ (чем больше интервал кристаллизации в целом, тем более вероятно образование горячих трещин);

2) пластическими свойствами металла в ТИХ;

3) скоростью деформации шва в ТИХ. Чем больше скорость де­формации, тем более вероятно образование трещин.

Величина интервала кристаллизации и пластичность металла в этом интервале зависят от химического состава металла шва. Это один из факторов, определяющих стойкость металла шва против образования горячих трещин. Элементы, входящие в состав свариваемых сталей, различно влияют на стойкость металла шва.

Один из основных элементов, входящих в состав стали ,— углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против горячих трещин. Критическое содержание углерода зависит от ряда факторов: жесткости узла, формы шва, содержания других элементов.

Так, снижение содержания серы приводит к уменьшению вредного влияния углерода. Углерод попадает в металл шва из основного и электродного металла. Для снижения содержания углерода в металле шва при сварке углеродистых сталей его содержание в сварочных проволоках ограничивают 0,12 %.

К вредным, с точки зрения образования горячих трещин, элементам кроме углерода относятся кремний, сера, фосфор. Их содержание в свариваемых сталях стремятся ограничить. Марганец не оказывает резко выраженного отрицательного влияния. Изменение химического состава металла в направлении уменьшения вредных и увеличения полезных элементов является эффективным технологическим методом повышения стойкости против образования го­рячих трещин.

В реальных условиях сварки практически невозможно полностью устранить влияние деформаций на кристаллизующийся металл сварочной ванны. Поэтому задача сводится к уменьшению величины этих деформаций. Это может быть достигнуто как конструктивными, так и тех­нологическими приемами.

Важным фактором является жесткость сварной конструкции. Предотвращение горячих трещин может быть достигнуто путем рационального конструирования узлов и элементов. Различные типы сварных соединений имеют различную сопротивляемость образованию горячих трещин.

Наименьшей стойкостью против горячих трещин обладают соединения внахлестку и крестовые, наибольшей — швы, наплавленные на кромку или плоскость пластин. Стыковые и угловые швы занимают промежуточное положение. При конструировании сварного узла для уменьшения опасности трещинообразования нужно стремиться к уменьшению количества и сосредоточения швов, устранению излишней жесткости узлов.