2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы определения сопротивления металла образованию холодных трещин при сварке

Холодные трещины при сварке металлов. Образование холодных трещин

Холодные трещины при сварке могут образоваться либо, по окончании процесса сварки, либо во время наплавки дополнительного слоя металла. Образование холодных трещин происходит при низких температурах, не превышающих 200-250°C, в отличии от горячих трещин при сварке, образующихся при высоких температурах.

На рисунке показаны разновидности холодных трещин. Они бывают продольными — 1, поперечными — 2 (при большой толщине сварного шва). Самые распространённые места для начала формирования трещин — корень сварного шва, или место стыка сварного валика и основного металла. Встречаются трещины, образованные в зоне термического влияния — 3.

Холодные трещины не всегда появляются на поверхности металла. Они вполне могут сформироваться внутри и быть небольшими по протяжённости. Внутренние холодные трещины сложно обнаружить из-за того, что проникающие реактивы, применяемые для контроля сварных швов, не чувствительны к таким дефектам сварного шва.

Если горячие трещины при сварке получаются достаточно разветвлённые, то главное отличие холодных трещин от горячих заключается в том, что они не такие разветвлённые и раскрытые. Поверхностные трещины, открытые для доступа воздуха, остаются неокисленными и приобретают коричневый, или голубой цвет. Подобные трещины образуются, в основном, при сварке высокопрочных сталей.

Причины образования холодных трещин при сварке

Для образования холодных трещин необходимо три составляющих:

1. Микроструктура металла в сварном шве или в зоне термического влияния имеет высокую чувствительность к водороду. Хорошую чувствительность к водороду имеет, к примеру, мартенситная структура, или структура нижнего бейнита, и формируется она в процессе сварки прочных сталей.

2. В зоне термического влияния необходимо присутствие диффузионного водорода, проникшего в околошовную зону из металла сварного шва.

3. Необходимо присутствие растягивающих напряжений в зоне термического влияния.

Вообще, основной причиной образования холодных трещин при сварке является водород. Водород может проникать в сварной шов из электродного покрытия, флюса, окружающей среды. Также водород может присутствовать в составе защитных газов или загрязнений на сварочной проволоке или сварных кромках.

Если на свариваемых кромках присутствует ржавчина, то она становится активным источником водорода для сварного шва. При ручной дуговой сварке самым распространённым «поставщиком» водорода становится электродное покрытие.

Механизм образования холодных трещин

Воздействие водорода на сварное соединение может быть временное, и постоянное. Временное влияние проявляется в случае, когда сварное соединение испытывают непосредственно после окончания сварки, или вскоре после неё. В таких случаях могут появиться определённые трудности, особенно при контроле и оценке пластических свойств соединения. Образцы, даже при небольших углах загиба, уже могут иметь поверхностные трещины.

Появляются такие трещины из-за диффузии водорода в места формирования пор или шлаковых включений, а также, в случае превращение атомарного водорода в молекулярный. После перехода водорода в молекулярное состояние, в местах его скопления возникает высокое давление газа, и это служит причиной появления блестящих пор в металле.

Переход водорода в молекулярное состояние происходит при низких температурах, менее 200°C. При повышенных температурах водород в сварных соединениях находится в атомарном состоянии.

К постоянному влиянию водорода относится его воздействие на формирование холодных трещин. Склонность металла к формированию трещин обусловлена, прежде всего, её прокаливаемостью или охрупчиванием, являющихся результатом структурных превращений.

Зоны, по границам первичных зёрен, могут быть повреждены в результате протекания различных процессов, не обязательно при воздействии водорода. Это может произойти при растворении части сульфидов или карбидов и, как следствие, выпадение сульфидов и карбидов из твёрдых фаз. Этот процесс уменьшает прочность по границам зёрен. И при переходе в молекулярное состояние, водород оказывает сильное давление на эти зоны, что может служить причиной образования холодных трещин.

Как предотвратить появление холодных трещин

Уменьшить риск возникновения холодных трещин можно, если исключить вредное воздействие водорода. Добиться этого можно, применяя определённые технологические приёмы при сварке:

1. Для предотвращения образования холодных трещин при сварке, необходимо оградить сварное соединение от воздействия водорода. Чтобы снизить риск попадания водорода в металл сварного шва, необходимо перед сваркой просушить электроды или флюс при температуре 300-350°C в течение нескольких часов.

Читать еще:  Стяжка теплого водяного пола толщина стяжки своими руками

2. Также нужно иметь в виду, что сварочная проволока, протравленная в соляной кислоте. Становится источником водорода. И если, при оценке свариваемости стали становится вероятным появление холодных трещин, то от такой проволоки лучше, по-возможности, отказаться.

3. Нагрев сварного соединения после сварки очень сильно способствует выведению водорода из металла сварного шва. Температура последующего нагрева рекомендуется в пределах 100-200°C , а продолжительность от 30мин до нескольких часов. Зависит это от разновидности сталей и толщины свариваемого металла.

При сварке высокопрочных конструкционных сталей рекомендуемая температура нагрева — 100-150°C, время нагрева — 30-60мин. При сварке металлов толщиной более 40мм, продолжительность последующего нагрева необходимо обеспечить в течение 3-5ч. В случае, когда свариваются стали очень больших толщин (к примеру, 200, 300 или 400мм), то целесообразным будет неоднократное прерывание процесса сварки и выполнение последующего нагрева.

4. Электроды для ручной дуговой сварки изготавливают с контролируемым содержанием водорода. При оптимальных условиях, применение этих электродов для сварки позволяет обеспечить содержание водорода в металле сварного шва ниже значения 15мл на 100г.

Вычислить склонность стали к образованию холодных трещин позволяет такой показатель, как углеродный эквивалент. Этот показатель позволяет приблизительно оценить свариваемость сталей, и определить, к какой группе свариваемости сталей относится та, или иная марка. О том, как вычисляется углеродный эквивалент подробно написано на странице: «Оценка сварвиаемости сталей. Формула углеродного эквивалента».

Холодные трещины при сварке

Образование холодных трещин при сварке может происходить на шве и прилегающем металле заготовок. Такое название было дано, потому что дефекты появляются после остывания деталей ниже температуры 250 — 200⁰C. Визуально холодные трещины выглядят как блестящие изломы без проявлений высокотемпературного окисления.

Виды холодных трещин при сварке

По месту образования холодные дефекты подразделяются на наружные и внутренние подвиды. По направленности относительно стыка видам холодных трещин даны следующие названия:

  • откол ― продольные на участках рядом с соединением;
  • отрыв ― направленные вдоль шва;
  • частокол ― образующиеся поперек шва или в зоне термического воздействия перпендикулярно к соединению.

На сложных стыках холодные трещины могут образоваться:

  • между швами при двухсторонней сварке;
  • на границе между швом и металлом детали;
  • на нижней стороне соединения под валиком.

Причины образования

Самая высокая вероятность появления холодных трещин после сварки у высокоуглеродистых и легированных марок стали, сплавов титана и алюминия. Холодный дефект образуется, если:

  1. Структура шва и заготовок чувствительна к действию водорода. Таким свойством обладают закаливающиеся марки стали даже когда холодные.
  2. В сварной зоне содержится достаточное количество водорода, который проникает из шва.
  3. Внутри соединения действует растягивающее напряжение.

Ученые установили, что основной причиной образования холодных трещин при сварке является негативное влияние водорода на структуру стали. Его источником может быть электродное покрытие, флюс, влага из воздуха. Водород в расплавленный металл может попасть из загрязнений на заготовках и присадочном материале или как составная часть защитного газа. Если кромки заготовок не очистить перед сваркой от ржавчины, она при нагреве начнет активно насыщать шов газом.

Когда образуются холодные трещины

Во время процесса охлаждения в соединении возникают растягивающие напряжения, которые сопровождаются пластической деформацией. В результате создаются условия для появления холодных трещин. У сталей с низкой пластичностью в холодном состоянии вероятность образования дефектов повышается.

После попадания водорода внутрь хрупкость стали возрастает, что в совокупности с остаточными напряжениями приводит к образованию холодных трещин. За счет малых размеров его атомы свободно перемещаются по объему железа, как по холодному, так и нагретому. Поскольку при сварке атомарный водород скапливается внутри металла сварного шва, он стремится распространиться в места с меньшей концентрацией. Диффузия происходит в зону, прилегающую к стыку, металл деталей. Часть растворенного газа через наружные поверхности выходит в атмосферу.

Влияние водорода считается временным, если действие проявляется при испытании свойств соединения непосредственно после сварки или через короткий промежуток времени. Проведение процедуры может осложниться, особенно при проверке сварного соединения на пластичность. Во время испытания образцов начинается образование поверхностных холодных дефектов даже при незначительном изгибе. Это происходит из-за диффузии атомов водорода при проведении проверки внутрь формирующихся пор и шлаковых включений. Из скопившихся атомов при температуре меньше 200⁰C образуются молекулы, которые теряют подвижность. Процесс фазового перехода сопровождается появлением давления, которое создает блестящие поры.

Читать еще:  Выравнивание бетонного потолка своими руками видео

Постоянным влиянием называют длительное воздействие водорода, способствующее образованию холодных трещин. При переходе в молекулярное состояние давление газа постепенно нарастает за счет поступления новых атомов. Период до разрушения у стали может составлять несколько суток, у титана до десятков дней.

Давлению подвергаются не только пустоты внутри металла, но также места, где произошли структурные изменения при перегреве. Они возникают при образовании мартенсита у закаливающихся сталей при быстром охлаждении. Степень охрупчивания зависит от состава металла и технологии сварки. Повреждение зон границ структурных зерен происходит также в результате других процессов без участия водорода. Например, когда растворенные сульфиды и карбиды выпадают из твердой фазы.

По словам ученых основной причиной образования холодных трещин при сварке является негативное влияние водорода на структуру стали.

Как избежать появления холодных трещин

Для уменьшения вероятности закаливания стали снижают скорость остывания соединения или перед сваркой предварительно нагревают детали. Этим достигается снижение величины растягивающих напряжений. На предприятиях вместо предварительного подогрева применяют механизмы для сжимания заготовок между собой при большой температуре. Сдавливанием устраняется причина образования дополнительных растягивающих напряжений даже при быстром охлаждении.

Для снижения концентрации водорода внутри сварного соединения пользуются следующими технологическими приемами:

  1. Чтобы предотвратить попадание газа в расплавленный металл из покрытия, электроды несколько часов прокаливают в печи с температурой 300 — 350⁰C. Флюс перед сваркой обрабатывают аналогично.
  2. Сварочной проволокой, протравленной соляной кислотой, лучше не пользоваться, так как это обильный источник водорода.
  3. Для выведения газа из металла соединение после окончания сварки нагревают до 100 — 200⁰C. В зависимости от химического состава и толщины металла время выдержки составляет от 0,5 до нескольких часов. Для стали повышенной прочности продолжительность обработки 0,5 — 1 час при температуре 100 — 150⁰C. Детали толщиной больше 4 см выдерживают в нагретом состоянии 4 — 5 часов. Сварку заготовок толщиной более 20 см проводят с несколькими остановками для промежуточного прогревания шва.
  4. Ручная дуговая сварка электродами с низким содержанием водорода обеспечивает снижение концентрации газа в сварном соединении до величины меньше 15 мл на 100 г металла.

Под действием нагрузки холодные трещины увеличиваются в размерах. Поэтому после обнаружения их сразу заваривают. При подготовке сначала просверливают отверстия на концах или прижигают, место дефекта подогревают. Холодные трещины длиной больше 30 см заваривают обратноступенчатым способом.

Способ оценки сопротивляемости металла сварного соединения образованию холодных трещин

РЕСПУБЛИК (505 В 23 К 31/12

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ v1 ОТКРЫТИЯМ

W о j, 6 (t)ot, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913868/08 (22) 22,11.90 (46) 23.08.92. Бюл. N. 31 (72) Ник. Никиф; Прохоров и Ник. Ник. Прохоров (56) Труды всесоюзного научно-техническо Го совещания по проблемным вопросам сварки. Ч. 1, M., 1958, с. 158-161, фиг. 24, 26. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ МЕТАЛЛА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

ОБРАЗОВАНИЮ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН (57) Использование: сварка, в частности методы исследования и прогнозирования . прочностных свойств сварного соединения.

Сущность изобретения: изготавливают сварной образец, нагружают его постоянным во времени изгибающим моментом до

Изобретение относится к области сварки, в частности к методам исследования и прогнозирования прочностных свойств сварного соединения.

Известен способ оценки сопротивляемости металлов образованию холодных трещин при сварке, при котором элементы сварного образца нагружают постоянный изгибающим усилием и регистрируют время до его разрушейия. . Недостатками известного способа являются низкая точность и чувствительность оценки иэ-за отсутствия учета вклада необратимых деформаций в значение критерия разрушения;.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности способа

„, Я1ÄÄ1756078 А1 образования трещин и разрушения. Одновременно регистрируют изменение íåðåìåщений испытываемой части образца во времени. 3а критерий сопротивляемости образованию холодных трещин принимают комплексный показатель, определяемый с выражением: W — о / д (t)dt, где о — максимальное напряжение при разр йении образца в момент ск,. дк — перемещение элементов образца во времени; г — время стабилизации напряжения разрушения.

Читать еще:  Обшиваем мансарду гипсокартоном своими руками

Поскольку трещины возникают при исчерпывании пластичности свариваемого металла, то учет этого фактора позволяет повысить точность оценки сопротивляемости металлов. 1 ил. оценки сопротивляемости металлов образованию холодных трещин при сварке.

3ta цель достигается за счет того, что согласно способу. сопротивляемости металлов образованию холодных трещин, включающему изготовление сварного образца, нагружение его элемейтов постоянным изгибающим усилием и регистрацию времени до разрушения, производят также регистрацию йеремещений элементов образца во времени, а за критерий сопротивляемости . образованию холодных трещин принимают комплексный показатель, определяемый выражением

1756078 где аь — максимальное напряжение при разрушении образца в момент t<, д: (t) — перемещение элементов образца во времени;

t» — время стабилизации напряжения разрушения, На чертеже приведены диаграммы изменений перемещений элементов сварного образца под действием постоянных изгибающих усилий во времени для двух образцов, Способ заключается в следующем.

Изготавливается сварной образец тавровой формы, Затем образец помещается в захваты испытательной машины так, что приваренная перпендикулярно к пластине часть образца подвергается действию постоянного во времени изгибающего усилия.

Нагружение образцов производят до возникновения трещин и последующего разрушения. При этом время испытаний зависит от величины прилагаемого усилия, т,е. от действуюьцих на околошовную зону напряжений, По мере снижения напряжений увеличивается время до начала разрушения, причем по истечении суток значения критических напряжений, обуславливающих разрушение образцов, существенно не изменяются, поэтому цикл испытаний ограничен одними сутками, Во время нагружения ведется регистрация перемещений элементов образца под действием изгибающего усилия, по результатам измерений строится диаграмма изменений д= f(t). Затем определяется площадь под кривой д() — t, которая численно равна

tk значению ) д(t)dt. За критерий сопротивляемости металлов образованию холодных трещин принимают комплексный показатель, учитывающий как значение критического напряжения Q< при разрушении, так и параметры, определяющие способность металла шва к необратимому деформированию в цикле разрушения, а именно:

П риме р. К пластинам из стали АК33 приваривают вставку из того же материала.

Размеры пластин 300х20х12 мм, размеры вставки 200х20х4 мм. Соединение пластин со вставками производят аргонно-дуговой сваркой, сила тока 350 А, напряжение 15 В, скорость сварки 10 м/ч, в качестве присадочного материала применяют проволоку

Полученные образцы подвергают нагружению изгибающим моментом за счет действия грузов, создающих в образцах напряжения от предела текучести до а .

5 Измеренные значения о составляют 400

МПа для 20ХМА и 300 МПа для 20ХГСА. В процессе испытаний проводят также регистрацию перемещений нагружаемой части образца во времени, по результатам кото10 рой строят диаграмму д = f(t), где кривая 1 соответствует образцу с присадочным материалом 20ХМА, а кривая 2 соответствует образцу с присадочным материалом

20ХГСА, К моменту разрушения образцов

Ь1=23 ч, Ьг= 20ч, д1=120 мм, дг = 100

«5 мм. Исходя из полученных данных определяЮТ W1и W2:

W1 = 0 1 д (t)dt = 10400;

Щ= oz f д (t)dt=5850.

Таким образом, для двух образцов, металл шва которых имеет различную сопротивляемость к образованию холодных трещин, получают соотношение

25 „=1,95, тогда как — ® = 1,33, Щ1 01

Предлагаемый способ позволяет более точно определять и прогнозировать прочностныее характеристики сварного соединения

30 в зависимости от вида сплава, режима сварки и т.п, условий.

Способ оценки сопротивляемости металлов сварного соединения образованию

35 холодных трещин, включающий изготовление сварного образца, нагружение его nîстоянным изгибающим усилием и регистрацию времени до разрушения, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью повышения

40 точностй и чувствительности оценки. производят дополнительную регистрацию изменений перемещений элементов образца во времени, а за критерий сопротивляемости образованию холодных трещин при сварке принимают комплексный показатель N, определяемый выражением

50 разрушении образца в момент tx; д(т) — перемещение элементов образца во времени;

Производственно-издательский комбинат «Патент», r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3048 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Источники:

http://taina-svarki.ru/kachestvo-i-kontrol-svarki/holodnye-treshchiny-pri-svarke-prichiny-obrazovaniya.php
http://svarkaprosto.ru/tehnologii/holodnye-treshhiny-pri-svarke
http://findpatent.ru/patent/175/1756078.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector