Горячие трещины при сварке — причины появления

Горя́чие тре́щины — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твёрдо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзёренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз, включения водорода (водородная болезнь) и т. д.

Актуальность проблемы

Сварочные работы в производственных или даже домашних условиях должны выполняться по общим инструкциям, с учетом ГОСТов.

Даже если вы варите что-то «для себя», соблюдение норм поможет сделать это качественнее, а любая «косметическая» или функциональная проблема при выполнении может повлечь за собой траты на обслуживание или даже замену всей конструкции.

Широко известный дефект — горячая трещина. Такой дефект может быть достаточно большим, чтобы увидеть из без увеличительного стекла. Некоторые из них относятся к «микро-«, разглядеть их просто так не получится.

Но и оба варианта могут быть очень опасными для готового соединения.

В зависимости от того, при каком нагреве была сварена конструкция, коррозии могут быть также горячими и холодными. Если швы сделали, например, при 1000 градусов, трещина в них горячая, а если меньше 1000 — холодная.

Оба варианта этого дефекта практически невозможно устранить, поэтому, найдя такие проблемы в изделии, мастер отмечает его как брак, отправляя в металлолом.

Виды горячих трещин при сварке

Все виды несплошностей относятся к дефектам, отрицательно отражающихся на прочности соединений. Природа холодных и горячих трещин при сварке различная. Холодные появляются при остывании в результате возникающих внутренних напряжений. Горячие – следствие межкристаллических разрушений. Обычно имеют вид надрезов или несплошностей, различают макро- и микродефекты. Горячие трещины темного цвета (за счет окислов), извилистой формы. По локализации разделяются на две группы:

• растрескивания в зоне термического влияния;
• дефекты в металле сварного шва.

Виды горячих трещин при сварке

Околошовные бывают нескольких видов:

• Кристаллизационные длинные, обычно раскрытые, не имеют заметных ответвлений. Зависят от двух параметров, влияющих на структуру стали:

формы затвердевания ванны расплава, с краев обычно образуются мелкие зерна, затем крупные столбчатые растут перпендикулярно оси;

размера угла между кристаллитами в поликристаллической структуре, они постепенно смыкаются.

Кристаллизационные горячие ратсрескивания бывают внутренними (выявляются методами неразрушающего контроля) и выходящими на поверхность, определяемыми визуально.

• Ликвиационные горячие трещины связаны с неоднородностью химического состава. По виду мелкие, образуются в местах, где близко расположены столбчатые кристаллы. Зависят от химического состава, наличия тугоплавких легирующих элементов. Деформационная способность структуры также снижается за счет миграции примесей и загрязнений в пространство между зернами, формируются неметаллические включения. При кристаллизации легированных сталей тугоплавкие частицы становятся центром образования кристаллов.
• Деформацонные, связанные с неравномерностью усадки.

Причины образования холодных трещин при сварке

В качестве распространенных причин образования можно выделить три основные фактора:

1. В зоне термического влияния или непосредственно в самом шве микроструктура металла должна быть сильно чувствительной к воздействию водорода. Такой восприимчивостью обладает мартенситная структура. Она образуется при сварке сталей повышенной прочности.
2. В зоне, где имеется термическое влияние, должен образовываться диффузный водород, который может проникать в околошовную зону на шве.
3. В зоне термического влияния также должно присутствовать растягивающее напряжение.

Таким образом, основная причина появления трещин – это водород. Он может попадать в шов из флюса, который покрывает электрод. Даже при использовании газовой сварки он может проникать в металл из защитных газов, неубранных загрязнений на сварочной проволоке и так далее. Активным источником этого элемента может стать ржавчина, но электродное покрытие в любое случае дает больше всего примеси.

Механизм образования холодных трещин

Холодные трещины при сварке образуются следующим образом. Непосредственно после окончания сварочного процесса металл на соединении испытывает временное влияние водорода. Это может помешать контролю качества полученного соединения. Образуется диффузия водорода в тех местах, где образуются шлаковые включения и поры. Здесь же атомный водород превращается в молекулярный. Когда водород переходит в молекулярное состояние, он скапливается в определенных местах и именно места его скопления создает высокое давление газа. Это и становится причиной того, что в металле появляются блестящие поры.

Особенность этого процесса состоит в том, что водород может перейти в молекулярное состояние только при низкой температуре. Если температура выше 200 градусов Цельсия, то этот элемент находится в металле в атомарном состоянии. Постоянное влияние водорода приводит к тому, то материал становится более хрупким, так что структурные превращения при таком воздействии становятся бесповоротными. Большая уязвимость приграничных зон является результатом того, что в них происходит довольно большое количество различных процессов. В этих местах распадаются карбиды и сульфиды, которые и без воздействия водорода усугубляют положение. В результате комплексного воздействия границы швов всегда проявляют первые признаки появления трещин.

Как предотвратить появление трещин

Разобравшись с тем, какие причины возникновения холодных трещин при сварке, стоит предпринять меры, чтобы избежать этого явления. Одним из способов является смена приемов при сварке. Также стоит просушивать электроды перед началом сварки, так как это помогает избавиться от водорода и уменьшает вероятность образования холодных трещин при сварке. При газовой сварке не стоит использовать проволоку, которая протравлена в соляной кислоте, так как она становится большим источником водорода. Если после проведения сварных операций шов еще подогревать некоторое время, то это поможет выведению водорода, что снизит вероятность его появления и образования последующего напряжения. Температуру подогрева стоит держать в пределах 100-200 градусов Цельсия, примерно, в течении получаса. Если происходит сваривание стали большой толщины, то лучше несколько раз прерывать этот процесс и прогревать шов, после чего продолжать работу. При большой толщине холодные трещины при сварке образуются чаще. При использовании электрической сварки можно использовать электроды, в которых имеется минимальное содержание водорода, что обеспечивает до 15 мл вещества на 100 г шва.

Методы контроля

Методы контроля холодных трещин

Холодные трещины при сварке можно выявить такими методами как:

• Ультразвуковая дефектоскопия;
• Внешний зрительный осмотр;
• Контроль на магнитном принципе;
• Дефектоскопия радиационная;
• Дефектоскопия капиллярная;
• Метод контроля на проницаемость.

Методы предотвращения появления горячих трещин

Предупреждая образование горячих трещин, при разработке технологии учитывают особенности кристаллизации металлов. Основные способы снижения риска дефектов:

• исключить жесткие соединения;
• увеличить размер шовного валика при соединении толстостенных заготовок;
• варить металл короткими участками, делая широкий шов;
• при круговой сварке, соединении длинных заготовок оставлять детали подвижными максимальное время, заделывать концевые стыки в последнюю очередь;
• не завышать ампераж;
• делать много проходов с промежуточным отжигом;
• внимательно проваривать корневую область, дефекты формируются именно там.

Важно фиксировать заготовки минимально, без зажима, следить за положением электрода. Детали должны быть хорошо подготовлены, чтобы исключить окалину, ржавчину, неметаллические включения. Электроды выбирают по типу металла, режиму сварки.

Для предотвращения дефектов, нужно строго следовать технологии

Как уменьшить риск возникновения горячих трещин в сварном шве

Для снижения вероятности формирования горячих трещин в сварном шве, нужно контролировать металлургические процессы в расплавленном металле и обеспечить оптимальное раскисление металла при сварке.

В случае образования оксидов и сульфидов большое значение имеет отношение содержания кислорода к содержанию серы O/S в сварном шве. Если значение этого соотношения будет низкое, то по границам зёрен будут образовываться плёнки оксисульфидов. При увеличении этого соотношения плёнки перейдут в глобулярное состояние.

Для связывания серы самым лучшим вариантом будет её взаимодействие с марганцем. Снижение отрицательного влияния серы, в форме сульфидных плёнок, остаётся главной трудностью, особенного при повышенном содержании легирующих элементов в сварном шве.

Одним из способов устранения отрицательного воздействия серы на образование горячих трещин при сварке является управление процессом кристаллизацией, чтобы она проходила слева от перитектической точки. В этом случает, происходит большое выделение дельта-феррита, а в нём сера растворяется значительно лучше, чем в аустените.

Хорошим выходом будет связывание серы титаном, цирконием, или редкоземельными металлами. При содержании серы до 0,02%, можно избежать горячих трещин при сварке, если соблюсти пропорции: Zr/S>5, или Ti/S>8. Склонность металла сварного шва к образованию горячих трещин можно определить по выражению, приведённому на странице: «Оценка свариваемости сталей».

Меры предосторожности

Чтобы во время или по окончании работы не образовывались горячие или холодные трещины, нужно запомнить несколько простых правил и придерживаться их.

Надёжная фиксация элементов при работе обеспечит равномерное распределение температуры в изделии.

Стоит учитывать и толщину стенки металлической детали и подбирать шов по ней: если шов будет слишком маленьким по отношению к детали, скорее всего, появятся проблемы.

Кроме шва подобрать режим сварки (от температуры до направленности электрического поля), угол наклона стержня.

Подготовьте детали и материалы перед работой. Детали нужно обработать термически, а электроды выбирать, учитывая тип сварки, материалом элементов и температурой.

Не стоит покупать дешевые электроды, это может повлиять на аккуратность и равномерность шва. Не допускайте перегрева или превышения силы тока для выбранного типа сварки.

Чтобы не спровоцировать появление горячей деформаций, нужно в первую очередь обратить внимание на инструкции к работе с конкретными сталями или сплавами.

Кроме этого, важно увеличивать или уменьшать ширину шва в соответствии с расширением или сужением сечения изделия. Швы должны быть цельными.

Устранение трещины

Единственно возможный метод борьбы с горячими трещинами – снова проварить металл. До этого дефект вырезается. Технология регламентируется ГОСТ 5264-80 (ММА, MIG/MAG, TIG сварка), ГОСТ 1153-75 (сварка полуавтоматами и автоматами).

Реставрации подлежат участки, где обнаружены внутренние или внешние дефекты. Некоторые структурные нарушения в области термического влияния и сварного соединения устранить невозможно. Явный брак приходится вырезать участками полностью.

Зная причины образования горячих растрескиваний, специалисты тщательно подбирают электроды или присадочную проволоку, следят за технологией. Гораздо проще избежать дефектов, чем устранять их.

Исправление

Некритичные горячие дефекты работы можно устранить. Для этого есть и нормы ГОСТов 5264 и 1153 — в них предусмотрены этапы «заварки».

Перед работой во время осмотра определяют границы дефекта. Делается это с помощью газовой горелки, разогретой до 150 градусов Цельсия.

После осмотра края горячей трещины обрабатывают сверлом, которое либо должно совпасть с границей, либо отступать от нее максимум на 5 мм.

Если высверлить дефект не получается, можно выжечь его горелкой, также ею обрабатывают области термического влияния. Если размер дефекта более 30 см, заваривают его обратноступенчатым способом сварки.

Мы выяснили, что есть множество причин образования деформаций и дефектов при сварке. Основной дефект — растрескивание при разной температуре сварки, а чтобы они не возникали, нужно узнать особенности свариваемого материала и аппаратуры.

Причинами разломов могут быть «сбои» на любом из этапов работы: от подготовки элементов до создания шва. Для того, чтобы избежать подобных ошибок, существуют ГОСТы сварочных работ.

Лучше изучить их заранее, так как не все трещины поддаются исправлению. Чтобы не переделывать одну и ту же работу, тратя время и материалы, следует «семь раз отмерять».

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...