Холодные трещины являются типичным дефектом сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Они образуются в сварных соединениях при охлаждении их до относительно невысоких температур, как правило, ниже 200 °С. Отличительной чертой холодных трещин является их задержанное зарождение и замедленное развитие.

При выборе стали для сварной конструкции риск образования холодных трещин может быть оценен с помощью расчета углеродного эквивалента Сэкв, характеризующего степень легирования стали. Разными исследователями эмпирически установлено более десятка выражений Сэкв для отдельных групп сталей.

Разработаны многочисленные технологические пробы, достаточно хорошо отражающие поведение сталей при сварке. Эти пробы позволяют оценивать комплексное влияние факторов, обусловливающих образование трещин. У большинства из них критерии стойкости к трещинам имеют качественный характер.

Чувствительность к образованию холодных трещин зависит от микроструктуры стали. Например, двойниковый мартенсит более чувствителен к охрупчиванию по сравнению с самоотпускающимся низкоуглеродным мартенситом.

Образование трещин зависит от содержания водорода в сварном шве: чем больше концентрация водорода, тем более выраженным становится растрескивание.

Нормальная температура наиболее благоприятна для образования холодных трещин: как при снижении температуры, так и при ее повышении трещины образуются со значительно меньшей вероятностью.

Образование трещин зависит от внутренних напряжений, возникающих в сварном соединении после завершения сварки, и их распределения. При наличии внешней нагрузки напряжения, которые она создает, суммируются с внутренними.

Холодное растрескивание зависит от скорости деформации сварного соединения: чем выше скорость нагружения, тем менее выраженным становится охрупчивание.

Главным звеном механизма водородного охрупчивания является поведение зародышевой микротрещины, возникающей в процессе деформации, в присутствии водорода.

Локализация отрицательного заряда на адсорбированных атомах водорода приводит к снижению уровня нормального напряжения, необходимого для перехода микротрещины к автокаталитическому распространению в поле напряжений, что на макроуровне воспринимается как эффект охрупчивания.

Водородная хрупкость конструкционных сталей — это явление многомасштабное и одновременно реализуется на разных уровнях: атомном, дислокационном, микроструктурном, макроскопическом.

В реальной структуре сталей наиболее важными факторами водородной хрупкости являются эволюция дислокационной структуры при пластической деформации, а также свойства границ зерен, частиц второй фазы, неметаллических включений. Особая роль дислокаций в механизме водородной хрупкости обусловлена тем, что их перемещение является основным механизмом пластической деформации и одновременно — наиболее эффективным способом транспортирования водорода в объеме металла.

Неметаллические включения, в зависимости от их связи с матрицей, могут действовать с самого начала деформирования как трещины, а хрупкие включения могут сами инициировать зарождение острых трещин.

Водород в металле шва и зоне термического влияния действует на равновесие субмикротрещины, так как снижает удельную энергию поверхности субмикротрещины. Роль давления водорода в полости субмикротрещины в возникновении ее неустойчивости сравнительно невелика.

Снижение напряжения хрупкого разрушения, инициируемого субмикротрещиной, возникающей по дислокационной схеме, пропорционально уменьшению удельной поверхностной энергии металла под влиянием водорода.

Образование холодных трещин при сварке конструкционных сталей — процесс сложный и специфический. Значительную роль в этом процессе играет водород, находящийся в металле шва и зоне термического влияния.

Понизить восприимчивость сварного соединения к холодному растрескиванию можно путем введения в металл шва ловушек водорода. Ловушками водорода являются различные структурные дефекты, такие, как вакансии, растворенные атомы, дислокации, границы зерен и фаз, микро- и макропоры, неметаллические включения, частицы второй фазы и т. п. Полезно введение в металл шва редкоземельных элементов. Соединения этих элементов сорбируют водород, освобождая от него матрицу металла. Ловушками водорода могут быть мелкодисперсные равномерно распределенные в структуре стали неметаллические включения, а также остаточный аустенит.

По материалам: Походня И.К. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металла с газами

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here