Методика модернизации сварочных технологий: от теории к практике - страница 4

Холодные трещины – локальные хрупкие разрушения материала сварного соединения, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Размеры холодных трещин соизмеримы с размерами зон сварного соединения. Локальность разрушения объясняется частичным снятием напряжений при образовании трещин, а также ограниченностью зон сварного соединения, в которых возможно развитие трещин без дополнительного притока энергии от внешних нагрузок. [136]

Характерными особенностями большинства случаев образования холодных трещин являются следующие:

1) наличие инкубационного периода до момента образования очага трещин;

2) образование трещин происходит при значениях напряжений, составляющих менее 0,9 кратковременной прочности материалов в состоянии после сварки. Эти особенности позволяют отнести холодные трещины к замедленному разрушению свежезакаленной стали.

При сварке легированных сталей холодные трещины могут образовываться, если стали претерпевают частичную или полную закалку. Холодные трещины возникают в процессе охлаждения после сварки ниже температуры 150°С или в течение последующих нескольких суток. Они могут образовываться во всех зонах сварного соединения и располагаться параллельно или перпендикулярно по отношению к оси шва. Место образования и направление трещин зависят от состава основного металла и металла шва, соотношения компонент сварочных напряжений и некоторых других обстоятельств. В соответствии с геометрическими признаками и характером излома холодные трещины получили определённые названия:

• «откол» – продольные трещины в зоне термического влияния;

• «отрыв» – продольные трещины в зоне сплавления со стороны шва (аустенитного);

• «частокол» – поперечные трещины в зоне термического влияния.

Наиболее часто возникают холодные трещины вида «откол». Образование холодных трещин начинается с появления очага разрушения, как правило, на границах бывших аустенитных зёрен на околошовном участке зоны термического влияния, примыкающих к линии сплавления. Протяжённость очагов трещин составляет несколько диаметров бывших аустенитных зёрен. При этом разрушение не сопровождается заметной пластической деформацией и наблюдается как хрупкое. Это позволяет отнести холодные трещины к межкристаллитному (межзеренному) хрупкому разрушению. Дальнейшее развитие очага в микро- и макротрещину может носить смешанный и внутризерненый характер. [135]

Основными факторами, обуславливающими образование холодных трещин в сварном соединении из легированных сталей, являются:

• структурное состояние металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа (S_>д, %) и размером бывшего аустенитного зерна (d_>3, мкм). Свойства указанных структурных составляющих зависят от химического состава и в первую очередь от содержания углерода (C, %);

• концентрация диффузионного водорода в зоне зарождения очага трещины (H_>д, см^>3/100г металла);

• растягивающие сварочные напряжения I рода (σ_>св, МПа).

Критическое сочетание этих факторов приводит к образованию холодных трещин.

Роль структуры в зарождении очага замедленного разрушения свежезакаленной стали связывают с микропластической деформацией (МПД), в приграничных зонах зёрен. Наличие в структуре такой стали незакрепленных, способных к скольжению дислокаций при действии сравнительно невысоких напряжений обуславливает МПД. Особенно высока плотность дислокаций в свежезакаленном мартенсите. Значения МПД лежат в диапазоне от 10