Svetssprickor klassificeras till sin natur i varma sprickor, återuppvärmningssprickor, kallsprickor, lamellrevor etc. Följande är en detaljerad förklaring av orsaker, egenskaper och förebyggande metoder för olika sprickor.
01
heta sprickor
Det uppstår vid höga temperaturer under svetsning, så det kallas hetspricka. Det kännetecknas av sprickbildning längs den ursprungliga austenitkorngränsen. Beroende på materialen i den metall som svetsas (låglegerat höghållfast stål, rostfritt stål, gjutjärn, aluminiumlegering och vissa specialmetaller etc.), är formen, temperaturintervallet och huvudorsakerna till heta sprickor också olika. För närvarande är termiska sprickor indelade i tre kategorier: kristallsprickor, flytande sprickor och polylaterala sprickor.
bild
(1) Kristallen spricker
Det förekommer främst i svetsar av kolstål och låglegerat stål som innehåller fler föroreningar (innehållande högt S, P, C, Si) och enfas austenitiskt stål, nickelbaserade legeringar och vissa aluminiumlegeringssvetsar. Denna typ av spricka uppstår under svetskristallisationsprocessen, nära soliduslinjen. På grund av krympningen av den stelnade metallen är den kvarvarande flytande metallen otillräcklig och kan inte fyllas i tid. Intergranulär sprickbildning uppstår under inverkan av stress.
Förebyggande åtgärder och kontrollåtgärder är: när det gäller metallurgiska faktorer, justera på lämpligt sätt sammansättningen av svetsmetallen, förkorta intervallet för den spröda temperaturzonen, kontrollera innehållet av skadliga föroreningar såsom svavel, fosfor och kol i svetsen; förfina svetsmetallens primära korn, det vill säga tillsätt Mo , V, Ti, Nb och andra element på lämpligt sätt; tekniskt sett kan det förebyggas genom förvärmning före svetsning, styrning av ledningsenergi, minskad foghållning, etc.
(2) Flytande sprickor nära sömområdet
Det är en sorts mikrospricka som spricker längs austenitkornsgränsen. Dess storlek är mycket liten och förekommer i HAZ nära sömområdet eller mellan lager. Dess bildning beror i allmänhet på det faktum att metallen i området nära sömmen eller metallen mellan svetsfogarna under svetsning gör att den lågsmältande eutektiska sammansättningen på austenitkorngränserna i dessa områden omsmälts vid höga temperaturer. Under inverkan av dragpåkänning bildar den lågsmältande eutektiska sammansättningen Austenit intergranulära sprickor kondenseringssprickor.
Förebyggande och kontrollåtgärder för denna typ av sprickor är i princip desamma som för kristallsprickor. Särskilt inom metallurgi är det mycket effektivt att minska halten av lågsmältande eutektiska element som svavel, fosfor, kisel och bor så mycket som möjligt; tekniskt sett kan det minska ledningsenergin och minska konkaviteten hos fusionsledningen i den smälta poolen.
(3) Polygonala sprickor
Det orsakas av den låga plasticiteten vid höga temperaturer under bildandet av polygoner. Denna typ av spricka är inte vanlig, och dess förebyggande och kontrollåtgärder kan innefatta att lägga till element som Mo, W, Ti, etc. till svetsen för att öka den polylaterala excitationsenergin.
02
värma upp spricka
Det förekommer vanligtvis i vissa ståltyper och högtemperaturlegeringar som innehåller nederbördsförstärkande element (inklusive låglegerade höghållfasta stål, perlitiskt värmebeständigt stål, nederbördsförstärkta högtemperaturlegeringar och vissa austenitiska rostfria stål). Inga sprickor hittades efter svetsning. Istället uppstod sprickor under värmebehandlingsprocessen. Återupphettningssprickor uppstår i de överhettade grovkorniga delarna av den svetsvärmepåverkade zonen, och deras riktning är att expandera längs fusionslinjens austenitgrovkorniga korngränser.
När det gäller materialval för att förhindra återupphettningssprickor kan finkornigt stål användas. När det gäller teknik, använd mindre linjär energi, använd högre förvärmningstemperatur och uppföljande uppvärmningsåtgärder och använd lågmatchande svetsmaterial för att undvika spänningskoncentration.
03
kall spricka
Det förekommer främst i den svetsvärmepåverkade zonen av hög- och medelkolstål, låg- och medellegerat stål, men ibland förekommer även kalla sprickor i svetsar i vissa metaller, såsom vissa ultrahöghållfasta stål, titanlegeringar och titanlegeringar. Generellt sett är ståltypens härdningsbenägenhet, vätehalten och fördelningen av svetsfogen och fogens fastspänningstillstånd de tre huvudfaktorerna som orsakar kallsprickor vid svetsning av höghållfast stål. Under inverkan av väteelement och dragspänning bildar martensitstrukturen som bildas efter svetsning kalla sprickor. Dess bildning är vanligtvis transgranulär eller intergranulär. Kallsprickor delas i allmänhet in i svetståsprickor, svetsprickor och rotsprickor.
Förebyggande och kontroll av kallsprickor kan utgå från tre aspekter: arbetsstyckets kemiska sammansättning, val av svetsmaterial och processåtgärder. Material med lägre kolekvivalenter bör användas så mycket som möjligt; elektroder med låg vätehalt bör användas som svetsmaterial och passning med låg hållfasthet bör användas för svetsar. Austenitiska svetsmaterial kan också användas för material med hög kallsprickningstendens; linjär energi, förvärmning och eftervärmning bör vara rimligt kontrollerad. Värmebehandling är en processåtgärd för att förhindra kallsprickning.
Vid svetsproduktion, på grund av de olika ståltyperna och svetsmaterialen som används, strukturens typ och styvhet samt de specifika konstruktionsförhållandena, kan olika former av kalla sprickor uppstå. Fördröjd sprickbildning förekommer dock främst i produktionen.
Fördröjd sprickbildning finns i tre former:
(1) Svetståspricka - Den här typen av sprickor kommer från gränsytan mellan basmetallen och svetsen och har uppenbara spänningskoncentrationsplatser. Riktningen på sprickan är ofta parallell med svetssträngen och börjar vanligtvis från svetståns yta och sträcker sig till basmetallens djup.
(2) Sprickor under svetssträngen - Denna typ av sprickor uppstår ofta i den svetsvärmepåverkade zonen med stor härdningsbenägenhet och hög vätehalt. I allmänhet är sprickriktningen parallell med smältlinjen.
(3) Rotsprickor - denna typ av spricka är en vanlig form av fördröjd spricka, som främst uppstår när vätehalten är hög och förvärmningstemperaturen är otillräcklig. Denna typ av spricka liknar en svetståspricka och härrör från svetsroten där spänningskoncentrationen är störst. Rotsprickor kan uppstå i det grovkorniga segmentet av den värmepåverkade zonen eller i svetsmetallen.
Ståltypens härdningsbenägenhet, vätehalten och fördelningen av svetsfogen samt fogens fastspänningstillstånd är de tre huvudfaktorerna som orsakar kallsprickor vid svetsning av höghållfast stål. Dessa tre faktorer hänger ihop och förstärker varandra under vissa förutsättningar.
Ståltypers härdningstendens bestäms huvudsakligen av kemisk sammansättning, plåttjocklek, svetsprocess och kylningsförhållanden. Vid svetsning gäller att ju större härdningsbenägenhet ståltypen har, desto lättare är det att producera sprickor. Varför spricker stål efter att det har härdat? Det kan sammanfattas i följande två aspekter:
(1) Bildning av en spröd och hård martensitstruktur - martensit är en övermättad fast lösning av kol i ɑ järn. Kolatomer existerar som interstitiella atomer i kristallgittret, vilket gör att järnatomerna avviker från jämviktspositionen och kristallgittret förändras. Stor förvrängning gör att vävnaden är i ett härdat tillstånd. Speciellt under svetsförhållanden är uppvärmningstemperaturen i området nära sömmen mycket hög, vilket gör att austenitkornen växer allvarligt. När den kyls snabbt omvandlas den grova austeniten till grov martensit. Man kan veta från hållfasthetsläran för metaller att martensit är en spröd och hård struktur, som förbrukar mindre energi när brott uppstår. Därför, när martensit finns i svetsfogen, är sprickor lätta att bilda och expandera.
(2) Härdning kommer att bilda fler gallerdefekter - metall kommer att bilda ett stort antal gallerdefekter under termiska obalansförhållanden. Dessa gallerdefekter är främst vakanser och dislokationer. När den termiska belastningen i den svetsvärmepåverkade zonen ökar, kommer vakanser och dislokationer att röra sig och samlas under förhållanden av stress och termisk obalans. När deras koncentration når ett visst kritiskt värde bildas sprickkällor. Under den fortsatta verkan av stress kommer makroskopiska sprickor att fortsätta att expandera och bildas.
Väte är en av de viktiga faktorerna som orsakar kallsprickor vid svetsning av höghållfast stål, och det har fördröjda egenskaper. Därför kallas fördröjda sprickor orsakade av väte "väte-inducerad sprickbildning" i många dokument. Experimentella studier har visat att ju högre vätehalten är i höghållfasta stålsvetsade fogar, desto större är känsligheten för sprickor. När vätehalten i ett lokalt område når ett visst kritiskt värde börjar sprickor uppstå. Detta värde kallas det kritiska värdet för sprickbildning. Vätehalt [H]cr.
[H]cr-värdet för kallsprickning i olika stål är olika, och det är relaterat till stålets kemiska sammansättning, stålstyrka, förvärmningstemperatur och kylförhållanden.
(1) Under svetsning är fukt i svetsmaterialet, rost, oljefläckar vid svetsningens spår och luftfuktighet alla orsaker till väterika svetsar. Under normala omständigheter är mängden väte i basmetallen och svetstråden mycket liten, men fukten i elektrodbeläggningen och fukten i luften kan inte ignoreras, vilket blir den huvudsakliga källan till hydrogenering.
(2) Upplösnings- och diffusionsförmågan hos väte i olika metallstrukturer är olika. Lösligheten av väte i austenit är mycket större än i ferrit. Under övergången från austenit till ferrit under svetsning minskar därför plötsligt vätets löslighet. Samtidigt är diffusionshastigheten för väte precis den motsatta, den ökar plötsligt vid omvandling från austenit till ferrit.
Under inverkan av hög temperatur under svetsning kommer en stor mängd väte att lösas i den smälta poolen. Under den efterföljande kylnings- och stelningsprocessen, på grund av den kraftiga minskningen i löslighet, kommer vätet att fly så mycket som möjligt, men på grund av den snabba kylningen kommer vätet inte att hinna fly. Kvar i svetsmetallen för att bilda diffust väte.
04
Lamellriv
Det är en intern lågtemperatursprickning. Det är begränsat till basmetall- eller svetsvärmepåverkad zon av tjocka plåtar, och förekommer mestadels i "L", "T" och "+" skarvar. Det definieras som en stegliknande kallspricka som uppstår i basmaterialet eftersom plasticiteten hos den valsade tjocka stålplåten i tjockleksriktningen inte räcker för att motstå svetskrympningspåkänningen i denna riktning. I allmänhet beror det på att under valsningen av tjocka stålplåtar rullas vissa icke-metalliska inneslutningar i stålet till bandformade inneslutningar parallellt med valsriktningen. Dessa inneslutningar orsakar anisotrop ledningsförmåga i stålplåtens mekaniska egenskaper. För att förhindra lamellrivning kan du använda raffinerat stål vid materialval, det vill säga använda stålplåtar med hög prestanda i z-riktningen. Du kan också förbättra fogdesignen för att undvika enkelsidiga svetsar eller göra räfflor på sidan som utsätts för spänningar i z-riktningen.
Lamellrivning skiljer sig från kallsprickning. Dess förekomst har ingenting att göra med ståltypens hållfasthetsnivå, utan är främst relaterad till inneslutningsmängden och fördelningsformen i stålet. I allmänhet kan lamellrevor uppstå i valsade tjocka stålplåtar, såsom lågkolstål, låglegerat höghållfast stål och till och med aluminiumlegeringsplåtar. Lamellrevor kan grovt delas in i tre kategorier beroende på var de befinner sig:
Den första typen är lamellrivning inducerad av kalla sprickor i svetstån eller svetsrot i den svetsvärmepåverkade zonen.
Den andra typen är inneslutningssprickor längs den svetsvärmepåverkade zonen, vilket är den vanligaste lamellrivningen inom konstruktion.
Den tredje typen av inneslutningssprickning i basmetallen bort från den värmepåverkade zonen uppstår vanligtvis i tjocka plattstrukturer med fler MnS-flinginneslutningar.
bild
Formen av lamellrivning är nära relaterad till typ, form, fördelning och placering av inneslutningar. När de flagnande MnS-inneslutningarna är dominanta längs rullriktningen har den lamellära rivningen en tydlig stegform, när den domineras av silikatinslutningar är den linjär och när den domineras av Al-inneslutningar är den oregelbunden. Stegade.
Vid svetsning av tjocka plåtstrukturer, särskilt T-formade och hörnfogar, under styva begränsningar, kommer krympningen av svetsen att ge stora dragspänningar och töjningar i basmetallens tjockleksriktning. När töjningen överstiger basmetallens plasticitet, När deformationsförmågan inträffar kommer inneslutningarna och metallmatrisen att separeras och mikrosprickor uppstår. Under den fortsatta belastningen kommer sprickspetsarna att expandera längs planet där inneslutningarna är belägna, och bilda en så kallad "plattform".
Det finns många faktorer som påverkar lamellära revor, främst inklusive följande aspekter:
(1) Typen, kvantiteten och distributionsformen av icke-metalliska inneslutningar är den väsentliga orsaken till lamellrivning. Det är den grundläggande orsaken till stålets anisotropi och mekaniska egenskaper.
(2) Fasthållningsspänning i Z-riktningen
Tjockväggiga svetsade strukturer bär olika spänningar i Z-riktningen, restspänningar och belastningar efter svetsning under svetsprocessen, vilket är de mekaniska förhållanden som orsakar lamellrivning.
(3) Inverkan av väte
Det anses allmänt att väte är en viktig påverkande faktor vid lamellrivning inducerad av kallsprickning nära den värmepåverkade zonen.
Eftersom lamellrivning har stor inverkan och riskerna är mycket allvarliga, är det nödvändigt att bedöma stålets känslighet för lamellrivning innan konstruktion.
Vanligt använda utvärderingsmetoder inkluderar Z-riktning dragarea krympning och stift Z-riktning kritisk spänning metod. För att förhindra lamellrivning bör areans krympning vara minst 15 %. I allmänhet förväntas det vara 15~20%. När den är 25 % anses den lamellära rivhållfastheten vara utmärkt.
För att förhindra lamellrivning bör åtgärder vidtas huvudsakligen från följande aspekter:
(1) Raffinerat stål
Metoden för tidig avsvavling av smält järn och vakuumavgasning kan användas i stor utsträckning för att smälta ultralågt svavelstål med en svavelhalt på endast 0.003~0,005 %, och dess sektionskrympning (Z) riktning) kan nå 23~25%.
(2) Kontrollera formen av sulfidinneslutningar
Det omvandlar MnS till sulfider av andra grundämnen, vilket gör det svårt att förlänga under varmvalsning, vilket minskar anisotropin. För närvarande allmänt använda tillsatsämnen är kalcium och sällsynta jordartsmetaller. Stål behandlat enligt ovan kan ge lamellartade rivbeständiga stålplåtar med en areakrympning i Z-riktningen på 50 till 70 %.
(3) Ur perspektivet att förhindra lamellrivning, är design- och konstruktionsprocessen huvudsakligen för att undvika Z-riktningsspänning och spänningskoncentration. De specifika åtgärderna är följande:
1) Ensidiga svetsar bör undvikas så mycket som möjligt. Att istället använda bilaterala svetsar kan lindra spänningstillståndet i svetsens rotzon och förhindra spänningskoncentration.
2) Använd symmetriska kälsvetsar med lite svetsning istället för fullpenetrationssvetsar med stor svetsning för att undvika överdriven påfrestning.
3) En avfasning bör göras på den sida som bär på Z-riktningen.
4) För T-formade fogar kan ett lager av låghållfast svetsmaterial försvetsas på den horisontella plattan för att förhindra svetsrotsprickor och även underlätta svetsbelastningen.
5) För att förhindra lamellrivning orsakad av kallsprickning bör vissa åtgärder för att förhindra kallsprickning vidtas så mycket som möjligt, såsom att minska mängden väte, på lämpligt sätt öka förvärmningen, kontrollera mellanskiktstemperaturen, etc.
