ГлавнаяРазноеТрещины при сварке алюминия причины

Методы предупреждения дефектов при сварке чугуна. Трещины при сварке алюминия причины


Возникновения трещин

Склонность к трещинообразованию

Существенным затруднением при сварке алюминиевых сплавов является склонность их к образованию трещин. Некоторые сплавы склонны к образованию горячих трещин, возникающих в период кристаллизации металла сварочной ванны, в других образуются холодные трещины, обнаруживаемые иногда спустя несколько месяцев после сварки.

Трещины всех типов чрезвы­чайно опасны для конструкций, так как могут привести к внезап­ному и полному их разрушению.

Горячие трещины выявлять несколько проще, так как все сварные швы при изготовлении конструкций подвергают различ­ным методам контроля. Холодные трещины особенно опасны тем, что возникают в конструкциях, эксплуатируемых или находя­щихся на хранении как бездефектные. Разрушения от холодных трещин наступают неожиданно. В некоторых случаях растрески­вание протекает в коррозионной среде. Поэтому все алюминиевые сплавы, прежде чем использовать для изготовления конструкций, необходимо тщательно исследовать на склонность к образованию горячих и холодных трещин.

Склонность алюминиевых сплавов к образованию трещин уве­личивается с увеличением количества в них легирующих элемен­тов, с повышением их прочности. Это относится к таким сплавам, как В95, В96, М40, 01915, 01911, 01063, ВАД23 и др.

Трещины при сварке возникают при достижении предельной деформации в металле шва или в зоне взаимной кристаллизации. В результате неравномерного распределения температур при сварке также в отдельных зонах металла возникают растягиваю­щие напряжения. При остывании шва растягивающие напряжения возникают в зоне, где при нагреве была максимальная температура. В высоколегированных сплавах по границам зерен образуются эвтектики, которые в момент кристаллизации зерен остаются жидкими, имеют низкую прочность и при приложении растягиваю­щих напряжений легко разрушаются.

Возникновение трещин 

Возможность возникновения трещин помимо химического со­става сплава определяется также другими факторами, задающими величину и темп развития деформации в определенные промежутки времени. Величина и темп развития деформации металла на различных этапах нагрева и охлаждения зависят от режима сварки, условий охлаждения и жесткости закрепления.

Холодные трещины в алюминиевых сплавах могут быть не только металлургического происхождения, но и возникать от не­правильного применения некоторых технологических операций. Например, проковка сварных швов может приводить к образова­нию трещин, иногда не выходящих на поверхность металла. Выяв­ление таких дефектов затруднительно, поэтому в случае необхо­димости проведения подобных операций требуется тщательное предварительное исследование.

Чистый алюминий марок AB0000, АВ000, АВОО не склонен к образованию горячих трещин. Стойкость к образованию трещин снижается при увеличении содержания кремния, а также может снижаться или повышаться в зависимости от содержания железа. Алюминий других марок проявляет склонность к образованию трещин особенно при сварке листов и плит большой толщины. Подавление склонности к образованию горячих трещин в сплавах, содержащих до 0,35% Si, достигается таким содержа­нием железа, что выдерживается отношение Fe: Si>= 0,5. При более высоком содержании кремния соединение без трещин может быть получено при соотношении указанных элементов больше единицы.

Сплавы системы А1—Мп применяют только с содержанием 1,2—1,6% Мп (сплав АМц). Этот сплав относится к числу хорошо сваривающихся. Тонкие листы (до 3 мм) свариваются без трещин. При сварке листов большей толщины склонность к образованию горячих трещин зависит также от содержания железа и кремния. У сплавов типа АМц, содержащих более 0,2% Fe, при соотноше­нии Fe: Si> 1 склонность к образованию трещин близка к нулю. При содержании более 0,2% Siдолжно сохраняться соотношение Fe: Si> 1.

Сплавы системы А1—Mgобладают меньшей склонностью к об­разованию горячих трещин, чем сплавы систем А1—Си и А1—Si. Наибольшая склонность к образованию трещин наблюдается при сварке тавровых проб сплава, содержащего 1—2% и 2,5 — 3,9% Mgпри испытаниях на образцах крестовой пробы [17, 121]. Для предотвращения образования трещин необходимо применять при­садочный материал с большим содержанием магния.

К термически упрочняемым сплавам системы А1—Mg—Siотносятся применяемые в СССР сплавы АВ, АК6-1 и АКВ. Упроч­нение этих сплавов достигается за счет выделения фазы Mg2Siпри старении. Особенностями свариваемости таких сплавов яв­ляются повышенная склонность к образованию горячих трещин в процессе сварки и разупрочнение в околошовной зоне. Наиболь­шую склонность к образованию горячих трещин проявляют сплавы, содержащие 0,2—2% Siи 0,2—1,5% Mg. Склонность к образованию горячих трещин определяется наличием легкоплавкой трой­ной эвтектики А1—Mg—Mg2Si, а также двойных эвтектик А1—Mg2Siи А1—Si, расширяющих интервал твердожидкого состояния сплава.

Использование присадочных материалов 

В сварных соединениях сплавов типа авиаль значительное уменьшение склонности к образованию горячих трещин может быть достигнуто при использовании присадочных материалов с со­держанием 4,5—6,0% Si. При этом склонность к образованию трещин, определяемая по крестовой пробе, уменьшается с 60% до 0. Таким присадочным материалом может быть проволока СвАК5.

Применение присадочных проволок, содержащих не­сколько процентов магния, например, АМг6, также исключает образование трещин в шве, но одновременно с этим интенсивно развиваются околошовные трещины. Это связано с более широким интервалом твердо-жидкого состояния и большей линейной усад­кой металла шва, выполненного таким присадочным материалом. При сварке сплава такого типа с применением присадочной про­волоки, содержащей 5% Si, получаются швы, пониженные меха­нические свойства которых не могут быть повышены термической обработкой.

При сварке деталей из сплава типа АВ хорошие результаты получены при использовании присадочного материала, содержа­щего 0,9% Mg, 2,3—3,5% Si, а также 0,25% Ті, 0,4% Мп или 0,2% Сг. Испытаниями на крестовой пробе трещины не обнару­жены. Швы, выполненные с помощью этой присадки, имеют один цвет с основным металлом после анодирования в отличие от швов, выполненных с присадкой СвАК5. Сплавы АК6 и АК8, со­держащие 2,2 и 4,3% Cu, склонны к образованию горячих трещин при сварке крестовой пробы. Эта склонность уменьшается при вве­дении в них 0,08—0,15% Ті.

 

К сплавам системы А1—Си относятся литейные АЛ7, АЛ 12 и деформируемый Д20. Сваривающийся сплав Д20 содержит 0,4— 0,8% Мп и 0,1—0,2% Ті. Последний значительно измель­чает зерно металла шва. Для повышения стойкости против трещин в сплаве должно быть не более 0,3% Fe, 0,2% Siи 0,05% Mg.

Дуралюмины относятся к системам Аl—Cu—Mg—Mn и Аl— Cu—Mg—Mn—Si. Основные марки дуралюмина Д1, Д6, Д16, 3125, АК8, ВД17. При сварке эти сплавы обладают повышенной склонностью к образованию трещин, а их сварные соединения имеют пониженные значения механических свойств в зоне сплавле­ния со швом.

Применением присадочных проволок типа СвАК5 и В61 можно снизить вероятность образования трещин при любом способе сварки. Существенное значение при этом имеет правильный подбор режимов сварки. Низкая пластичность шва и зоны сплавления обусловлена тем, что по границам оплавленных зерен распола­гаются хрупкие прослойки интерметаллидов.

Одним из наиболее распространенных сплавов системы Аl— Zn—Mg—Cu является сплав В95. Для повышения коррозионной стойкости листы из спла­вов В95 плакированы сплавом, содержащим 3,5% MgZn2.

Сплав В95 склонен к образованию горячих и холодных тре­щин. Последние наблюдаются только при газовой сварке. Для сварки сплава В95 применяют присадочный материал химического состава: 6% Mg, 3% Zn, 1,5% Cu, 0,2% Mn, 0,2% Ті, 0,25% Cr или 5% Mg, 0,2—1,5% Cu, 10% Zn, 0,2% Mn, 0,2% Ті, 0,25% Cr, остальное Аl. Можно также использовать сплавы, содержащие 3% Mg, 6% Zn, 0,5—1% Ті или 8—10% Mg, остальное Аl.

Также по теме:

svarder.ru

Устраняем трещины в алюминии и чугуне при помощи сварки

Традиционная технология устранения разрушений в алюминиевых и чугунных деталях — сварка в среде защитного газа. Ее широкому использованию препятствуют несколько факторов. Во-первых, нужно дорогостоящее сварочное оборудование (качественное оборудование советуем посмотреть на сайте http://svarka-trading.com.ua/ http://svarka-trading.com.ua/elektovarochnoe-oborudovanie ), во-вторых, рабочий персонал должен иметь высокую квалификацию. Все это возможно только в крупных специализированных мастерских. Кроме того, после сварки в околошовной зоне образуются остаточные напряжения, что может привести к повторному появлению микротрещин и тем самым ограничить ресурс отремонтированной детали.

Теория старая, метод новый

Процесс “холодной сварки” с точки зрения теории представляет диффузию молекул поверхностей с последующим получением бесшовного их соединения. Для практического применения данного метода при ремонте литых деталей необходимо выполнить два условия. Во-первых, устранить окисную пленку с соединяемых деталей. Во-вторых, осуществить очень плотное прилегание поверхностей друг к другу. Полировка, тем более без использования сверхточных станков, не приемлема. Однако выход из этой ситуации есть.

Фирма SEAL-LOCK (USA) исследовала и разработала для этой цели сплавы, обладающие пластичностью и превосходящие по ряду прочностных характеристик металлы, из которых отливают детали корпуса двигателя. Сплавы SEAL-LOCK для ремонта чугунных и силуминовых деталей различны. Из них изготавливают специальные (крепежные) скобы и резьбовые заглушки. Первые внедряют поперек трещины для фиксации ее концов и предотвращения дальнейшего расхождения разлома. Вторые — вдоль трещины между крепежными деталями так, чтобы по длине сплав обеспечил “холодную сварку” соединяемых поверхностей.

Устраняя трещины внутри камеры сгорания, надо работать только с конусными специальными болтами SEAL-LOCK. Предварительно все элементы SEAL-LOCK обрабатывают специальным составом, уничтожающим окисную пленку. После установки и удаления выступающих частей элементов шов подвергают механической нагрузке (расклепыванию) с помощью специального пневмомолотка с соответствующими насадками. Поскольку используемые сплавы могут быть доведены в холодном состоянии до напряженности в 70 кг/мм 2 без возникновения эффекта усталости металла, обеспечивается высокая прочность шва. Внедренные в отливку детали SEAL-LOCK становятся фактически интегральной составляющей металла, через которую потоки рабочих нагрузок проходят не встречая локального сопротивления.

Насколько это надежно?

В течение ряда лет было создано множество методов восстановления расколотых или разбитых металлических литых деталей. Ремонтируют двигатели чаще всего посредством различных видов сварки или склеивания. Кажущаяся на первый взгляд наиболее надежной, любая сварка http://svarka-trading.com.ua/elektovarochnoe-oborudovanie/svarochnye-vypryamiteli , равно как и пайка твердыми припоями, таит в себе немало неприятных сюрпризов.

stroylegko.com

Поперечная трещина | Сварка и сварщик

Поперечная трещина (102; Eb) - трещина, ориентированная поперек оси сварного шва. Может располагаться в металле сварного шва (1021), в зоне термического влияния (1023), в основном металле (1024).

Недопустима, так как является очагом концентрации напряжений и развития разрушения

Поперечная трещина

Внешние признаки

  • поперечные горячие трещины (1021) имеют на изломе желтовато-оранжевый оттенок;
  • холодные трещины (1023) - чистый, блестящий вид кристаллов;
  • трещины в основном металле (1024) - цвет металла.

Дефект виден невооруженным глазом или через лупу небольшого (2-4х) увеличения при визуальном контроле.

Процесс возникновения

  • горячие трещины образуются, когда сварочная ванна представляет собой кристаллы и расплав. Легкоплавкие соединения являются причиной возникновения горячих трещин;
  • холодные трещины образуются в результате разрушения хрупких закалочных структур при возникновении значительных напряжений;
  • трещины в основном металле образуются под действием термического цикла сварки.

Причины возникновения

  • горячие трещины возникают в металле шва (1021) и на границе сплавления под действием растягивающих продольных напряжений, когда металл шва находится в твердо-жидком состоянии;
  • поперечные холодные трещины (1023) возникают в твердом металле околошовной зоны, где образуются хрупкие закалочные структуры, разрушающиеся под действием сварочных напряжений;
  • трещины в основном металле (1024) образуются в результате раскрытия дефектов, существующих при производстве металла.

Способы предупреждения

Перед сваркой:

  • применять металлы с пониженным содержанием серы, фосфора, углерода;
  • выбрать способ сварки и режимы, обеспечивающие минимальные продольные сварочные напряжения;
  • применять сборочные приспособления, исключающие продольные деформации.

Во время сварки:

  • вести сварку на минимальной погон ной энергии ниточными швами;
  • применять способы и приемы, снижающие уровень продольных напряжений;
  • формировать шов оптимальных размеров, препятствующих образованию поперечных трещин.

После сварки:

дать остыть металлу сварочных швов конструкции, не вынимая ее из сборочного приспособления.

Способ устранения

Место образования трещины необходимо удалить шлифовальным инструментом. Образовавшуюся полость заварить заново.

Стойкость металла к образованию горячих трещин зависит от величины и скорости нарастания действующих в период кристаллизации в металле шва растягивающих напряжений; химического состава металла шва и длительности его пребывания в состоянии пониженной пластичности; формы сварочной ванны; расположения межкристаллитных участков по отношению к растягивающим напряжениям, а также характера (темпа 1 и изменения упруго-пластической деформации.

Холодные трещины образуются в сварных соединениях при относительно невысоких температурах, когда металл шва и околошовной зоны приобретает высокие упругие свойства. Такие трещины зарождаются, как правило, через некоторое время после окончания сварки и затем медленно, на протяжении нескольких часов и даже суток распространяются подлинен глубине.

weldering.com

Раздельные трещины | Сварка и сварщик

Раздельные трещины (105; Е) - группа трещин, которые могут находиться в металле сварного шва (1051), в зоне термического влияния (1053), в основном металле (1054)

Недопустимы, так как при действии рабочих нагрузок являются очагом развития разрушения конструкции

Раздельные трещины

Внешние признаки

  • горячие трещины (1051) имеют на изломе желтовато-оранжевый оттенок;
  • холодные трещины (1053) - чистый, блестящий вид кристаллов;
  • трещины в основном металле (1054) - цвет металла.

Дефект виден невооруженным глазом или через лупу небольшого (2-4х) увеличения при визуальном контроле.

Процесс возникновения

  • горячие трещины образуются в результате силового воздействия сварочных напряжений по границам кристаллов, омываемых легкоплавкими эвтектиками:
  • холодные трещины образуются в результате разрыва хрупких кристаллов в зоне термического влияния под действием сварочных напряжений;
  • трещины в основном металле образуются как дефекты изготовления металла.

Причины возникновения

  • горячие трещины (1051) возникают в металле шва под действием растягивающих сварочных напряжений, когда металл шва находится в твердо-жидком состоянии;
  • холодные трещины (1053) возникают в твердом металле околошовной зоны, где образуются хрупкие закалочные структуры, разрушающиеся под действием продольных и поперечных сварочных напряжений;
  • трещины в основном металле (1054) образуются под действием термического цикла сварки.

Способы предупреждения

Перед сваркой:

  • применять металлы и сварочные материалы с пониженным содержанием серы, фосфора, углерода;
  • использовать технологические процессы сварки, обеспечивающие минимальный уровень сварочных напряжений;
  • применять кондукторы и прижимные приспособления, снижающие уровень сварочных напряжений.

Во время сварки:

  • применять способы и приемы, снижающие остаточные сварочные напряжения:
  • формировать сварной шов оптимальных размеров;
  • применять режимы сварки, обеспечивающие уменьшение размеров кристаллов и деформацию сварного соединения.

После сварки:

  • дать остыть металлу сварных швов конструкции, не вынимая ее из сборочного приспособления.

Способ устранения

Место образования трещины удалить шлифовальным инструментом. Образовавшуюся полость заварить заново.

Горячие трещины возникают чаще всего при сварке высоколегированных сталей аустенитного класса, алюминиевых, алюминиево-магниевых, титановых и никелевых сплавов. Чтобы снизить вероятность образования таких трещин, следует сваривать (с низкими значениями погонной энергии) металлы, содержащие минимальное количество вредных примесей и имеющие мелкозернистую структуру.

Холодные трещины образуются, главным образом, при сварке среднелегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Для предотвращения холодных трещин не следует, где это возможно, жестко закреплять свариваемые элементы, сохраняя их податливость при сварке.

Внутренние трещины в сварных соединениях лучше всего выявляются при ультразвуковом контроле.

weldering.com

Трещины повторного нагрева

Причины возникновения

Трещины отпуска относятся к дефектам, которые могут возникать и распространяться при термообработке деталей, имеющих сварные соединения. Такой термической обработкой обычно бывает отпуск для снижения уровня остаточных напряжений, т. е. отпуск в области температур ниже точки А1. Трещины этого типа были обнаружены при сварке не только низколегированных стилей, но и никелевых или аустенитных хромоникелевых. Их размеры и возникновение трудно определять, потому что дефектоскопический контроль сплошности сварных соединений осуществляется обычно до отпуска. Поэтому возможно, что многие сварные конструкции и узлы, главным образом выполненные из листовых сталей больших толщин, эксплуатируются с трещинами отпуска.

Выделяет три типа трещин, возникающих в процессе отпуска:

1) трещины, зарождающиеся в так называемой низкотемпературной зоне, т.е. при нагреве до температуры отпуска в диапазоне 200—300° С;2) трещины, которые возникают в зоне температур отпуска;3) подваликовые разрывы, которые появляются в виде микротрещин при наплавке низколегированных сталей аустенитным ленточным электродом.

Все три типа трещин снижают полезные свойства сварного соединения, причем дефекты первого типа имеют наибольшие размеры.Трещины, возникающие в низкотемпературной зоне, т. е. в первых стадиях отпуска, могут образовываться при слишком высокой скорости нагрева. При этом возникает большая разница между температурами поверхности сварного изделия и его центральной части, что является причиной образования термических напряжений. Если при сварке образуются неравновесные структуры или же пересыщенные растворы в большом объеме металла, термические напряжения могут взаимодействовать со структурными напряжениями. Распад этих структур (например, мартенсита или бейнита) происходит как раз в первых стадиях отпуска.

Возникающие термические напряжения оказывают более сильное влияние на ту часть зоны термического влияния, которая была уже частично ослаблена при сварке. Если в зоне сварного соединения образовались зародыши горячих трещин, т. е. произошло локальное разрушение границ первичных зерен или же понизилась их когезионная прочность, эти дефекты могут получить дальнейшее развитие при нагреве до температуры отпуска. То же самое можно сказать и о дефектах типа трещин, вызываемых водородом. Причем может случиться, что зародыши дефектов после сварки не обнаруживаются дефектоскопическим контролем, но их можно наблюдать только после отпуска. Чтобы исключить дефекты этого типа, прежде всего необходимо применить небольшую скорость нагрева, главным образом в первых стадиях, т. е. до температуры около 300° С. При сварке крупных изделий или изделий сложной формы эта скорость должна быть в пределах 15—30° С/ч.

Другим, решением проблемы предотвращения трещин отпуска, которое часто встречается, является применение последующего нагрева или контроля температуры промежуточных слоев. В этом случае сварное изделие по окончании сварки не остывает, а находится в условиях температуры промежуточных слоев 150—300° С, после чего разу следует отпуск. Наконец, следует отметить, что теоретически предотвратить появление трещин отпуска можно путем устранения зародышей локального металлургического разрушения или холодных трещин. Не следует также забывать, что локальные концентраторы напряжений оказывают в этом отношении неблагоприятное влияние. Поэтому важно уделять внимание поверхностной обработке сварных швов и различным геометрическим факторам (например, выбору радиусов закругления кромок) конструкции.

Высокотемпературный тип трещин отпуска намного сложнее. Трещины образуются в перегретой области зоны термического влияния, которая имеет крупнозернистую полиэдрическую структуру. В этой области структуру образует преимущественно смесь распадающихся игольчатых фаз бейнитного типа или мартенсита с определенным количеством остаточного аустенита. Большая часть карбидной фазы (в низколегированных хромомолибденованадиевых сталях) в стадии нагрева сварочного термического цикла переходит в твердый раствор. Как утверждается, имеют место и диффузионные процессы, т. е. происходит обогащение границ первичных зерен легирующими элементами. При нагреве до температуры отпуска, как и в первых стадиях выдержки при температуре отпуска, одновременно развиваются процессы выпадения из твердого раствора мелкодисперсных частиц. Осажденные частицы мелкодисперсных карбидов типа Мо2С, МХ, ε-М3С и т. д. -могут быть по отношению к окружающей матрице когерентными или полукогерентными.

Выделяющиеся таким образом частицы заметно упрочняют тело первичных зерен. В итоге частицы высокой степени дисперсности обеспечивают дисперсионное упрочнение. Следовательно, релаксация остаточных напряжений при отпуске должна протекать по механизму ползучести на границах зерен. Модель релаксации предусматривает взаимное перемещение отдельных первичных зерен. Это требует достаточного удлинения металла в процессе ползучести зоны. Однако если величина удлинения ползучести будет исчерпана, образуются полости, межкристаллитные микротрещины и трещины. При взаимном перемещении и объединении полостей возникает межкристаллитное разрушение.

На поверхности изделия трещины, возникшие при термической обработке, трудно отличить от трещин, образовавшихся при сварке. При металлографическом анализе трещины, образовавшиеся при термической обработке, отличаются от кристаллизационных (ликвационных) и холодных трещин при сварке по морфологическим признакам. Кристаллизационные трещины в металле шва расположены по границам дендритов, ячеек или блоков ячеек, а ликвационные — в околошовной зоне на границах подплавленных зерен в участке, непосредственно примыкающем к границе сплавления. Они имеют зазубренные края и переменное раскрытие, которое обусловлено местными изменениями объема ликватов. Эти трещины безошибочно определяются при наличии характерных «розеткообразных» признаков, а также при появлении их по декорированной сегрегатами и вторичными фазами сетке первичных границ, которая смещена относительно новых границ зерен. Холодные трещины при сварке развиваются полностью по границам зерен лишь в очаге разрушения, протяженность которого не превышает одного или нескольких диаметров зерен. При дальнейшем развитии холодные трещины обычно имеют смешанный характер, т. е. проходят как по границам, так и по телу зерна.

Трещины, возникающие при термической обработке, всегда следуют строго по границам первичных аустенитных зерен. Трещины имеют гладкие края, раскрываются постепенно с геометрической правильностью. На начальных стадиях их образования видны характерные для разрушения в условиях ползучести трещины в стыках трех зерен и микропоры по границам зерен. На участках, где границы аустенитных зерен (вторичные границы) совпадают с границами структуры затвердевания (первичные границы), ТТО могут развиваться от кристаллизационных трещин. ТТО могут также обнаруживаться на участках околошовной зоны, которые при сварке нагревались до более низких температур, чем участки, на которых возникают ликвационные трещины. Иногда между этими трещинами имеется полоса чистого металла.

Характер трещин связан с обратимой или необратимой отпускной хрупкостью стали. Это значит, что причиной снижения удлинения при ползучести может быть также увеличение энергии границ первичного зерна поверхностно-активными элементами. В некоторый работах подчеркивается влияние способа раскисления и содержания микролегирующих элементов. Результаты исследований в этом направлении, однако, очень сложные и противоречивые. Так, например, незначительное увеличение содержания меди и сурьмы оказалось неблагоприятным, а олова — скорее благоприятным и т. д. Причем интересно, что раскисление алюминием при его повышенном содержании до 0,035% оказывает неблагоприятное влияние, в то время как раскисление титаном — благоприятное. Увеличение содержания Р + Сu + Sn + Pb + Аs от 0,5 до 1,3%, а также размера зерна увеличивает склонность материала к образованию трещин отпуска. Мнение исследователей о влиянии ванадия и хрома определенное, оба эти легирующие элементы, находящиеся в низколегированных сталях в количествах до 2%, оказывают явно неблагоприятное влияние. О влиянии никеля и молибдена единого мнения нет, хотя в основном оно оценивается как положительное.

Современные представления о механизме отпускной хрупкости связывают с процессами зернограничной сегрегации вредных примесей (P, Sn, Sb, As) и, как следствие, со снижением когезионной прочности границ зерен, сменой внутризеренного механизма разрушения межзеренным. Причем степень отрицательного влияния на сопротивление металла отпускной хрупкости вредных примесных элементов в ОШЗ выше, чем в основном металле, из-за укрупнения зерна аустенита и резкого уменьшения вследствие этого удельной поверхности границ зерен.

Отрицательное влияние примесных элементов усиливается с увеличением в составе марганца и кремния. Условие обеспечения сопротивления металла отпускной хрупкости учитывается фактором Ватанабе:

I = (Mn+Si)(P+Sn)·104 ≤ 200 % (1)

Фактор Брускато предложен для оценки сопрпотивления отпускной хрупкости металла шва:

X = (10P+5Sb+4Sn+As)·100 ≤ 25 (2)

Накамура, а позднее Ито на основании результатов испытаний для низколегированной стали с максимальным содержанием хрома до 1,5% вывели уравнения для оценки влияния химического состава стали на склонность к образованию трещин отпуска.Параметр оценки склонности к трещинам ΔG по Накамуре имеет вид

ΔG = Cr+3,3Mo+8,1V+10C-2 (3)

Ито включил в свое уравнение для PSR и влияние микролегирующих элементов

PSR = Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb-5Ti-2 (4)

Если ΔG и PSR — положительные, сталь склонна к образованию трещин отпуска.

Кроме химического состава на возникновение трещин отпуска оказывает влияние и технология сварки. Уйе и др. в своих работах выразили это влияние через время охлаждения Δt (800— 500°С). Чем больше Δt, тем чувствительнее сталь к образованию трещин отпуска (рис. 1).

 

Рис. 1. Зависимость между временем охлаждения А/ и склонностью к образованию трещин отпуска.

Трещины отпуска третьего типа, т. е. так называемые подваликовые, возникают при наплавке низколегированных сталей ленточным электродом под флюсом. Они представляют собой межкристаллитное разрушение в зоне перегрева, которая подвергается повторному тепловому влиянию наплавки последующего слоя (рис. 2). Появление подваликовых трещин можно предотвратить нормализацией зоны перегрева, например, с помощью двухслойной наплавки. В этом случае первый слой наплавляют при пониженной потребляемой тепловой мощности, а второй, наоборот, при повышенной, чтобы зона, подвергнутая нормализации, была как можно шире. Перегретую зону можно нормализовать и индукционным поверхностным нагревом. Другой способ решения проблемы заключается в применении первого ферритного слоя вместо аустенитного.

 

Рис. 2. Схема расположения области появления поднаплавочных трещин.

Методы испытаний

Кольцевая проба BWRA. Схема испытания показана на рис. 3. На пластине размером 127×127×76 мм делают паз, в который вставляют трубку из такой же или подобной стали. В процессе сварки образовавшуюся разделку заполняют наплавленным металлом (1—7). После сварки пробу подвергают отпуску при температуре 600—690° С, при этом применяют две скорости нагрева до температуры отпуска 30 и 300° С/ч. После отпуска образец разрезают и его сплошность оценивают металлографически. Испытание пригодно для хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей.

 

Рис. 3 Схема испытания по методу BWRA.

Танака применял для испытаний образец, показанный на рис. 4, а; на пластине выполняют однослойный направленный валик при погонной энергии 17 кДж/см. Затем из пластины изготовляют испытательный образец, в переходной зоне которого дополнительно делают с двух сторон U-образные надрезы с коэффициентом концентрации напряжений 2,7 и 2,17, как показано на рисунке. Наконец, опытные образцы приваривают угловыми швами к жесткой раме (рис. 4, б), в которой их отпускают (например, в течение 3 ч при температуре 580° С для стали НТ80). При отпуске трещины зарождаются в зоне термического влияния со стороны надреза.

 

Рис. 4. Схема пробы по методу Танаки с закреплением образцов в приспособлении:а - образец; б - приспособление для закрепления образцов; 1- наплавка; 2-надрез.

Накамура и другие японские исследователи применяют Н-образную пробу по методу окна (рис. 5). На испытываемой стальной пластине размером 300×180×35 мм фрезеруют два продольных паза, между которыми наплавляют валики. Двусторонние испытуемые швы выполняют в разделку. После этого опытную пластину отпускают при температуре 500—700° С. Если наплавленные валики перед испытанием обрабатывают, то проба перестает быть чувствительной к трещинам отпуска.

 

Рис. 5. Схема испытания по методу Н-образного окна.

Для испытания чувствительности сварного соединения к образованию трещин отпуска можно применять также пробы «Тэккен», Лихайского университета или СТS, которые после сварки подвергают отпуску по разным режимам. Степень жесткости пробы частично сохраняется и при температурах отпуска.

Проведение большого количества испытаний металла с низкой скоростью нагружения позволили сделать выводы:

1. сталь нечувствительна к образованию трещин отпуска, если величина относительного сужения металла имитированной ОШЗ (с наименьшей температурой цикла 1200 °С) выше 20 %;2. сталь чувствительна к образованию трещин отпуска при ψ < 10 %;3. сталь особо чувствительна к образованию трещин отпуска при ψ < 5 %.

Также по теме:

Применение полимеров. Применение и сварка полимеров и пластмасс.

Сварка пластмасс. Сварка полимерных конструкций.

svarder.ru

Образование трещин при сварке – Осварке.Нет

16 сентября 2017 Категории: Физические процессы

Примеси и загрязнение, которые находятся в сварочной ванне, имеют более низкую температуру затвердевания чем металл. Их расположение на краях зерен ослабляет прочность соединений. Форма шва влияет на расположение неметаллических соединений. В глубоких и узких швах они остаются между зернами, а в широких — вытесняются на поверхность.При образовании между дендритами легкоплавких загрязнений (сульфидов железа FeS) в шве могут возникнуть горячие трещины. В большинстве случаев они возникают при усадке металла в процессе кристаллизации. Образованию горячих трещин (красноломкость) способствует повышенное содержание в шве серы, углерода, кремния и никеля.

Трещина в металле шва

Рис. 1. Трещина в шве

Чтобы сократить склонность металла к образованию горячих трещин выполняют такие мероприятия:

  • используют сварочные металлы с минимальным содержанием серы и углерода;
  • в металл шва вводят марганец, который выводит серу в шлак;
  • вводят модифицированные элементы (титан, алюминий), благодаря которым создаются мелкозернистые структуры;
  • выполняют предварительный и сопроводительный подогрев изделия для уменьшения растягивающих напряжений.

Холодные трещины образуются в результате возникновения в металле шва значительных внутренних напряжений при температуре ниже 300℃. Такие трещины называют внутрекристаллическими, так как они распространяются по краям зерен или пересекают их. На склонность металла к образованию холодных трещин влияют водород, фосфор, быстрое охлаждение, повышенное содержание углерода и легированных элементов.Причиной возникновения холодных трещин может быть водород, который объединяясь в молекулы, создает большое давление в средине зерен.Склонность металла к образованию холодных трещин (хладноломкость) можно уменьшить, применяя такие действия:

  • используют сварочные материалы с минимальным содержанием фосфора;
  • просушивают электроды, флюсы и защитные газы;
  • выполняют горячую проковку швов после сварки для уменьшения внутренних напряжений;
  • используют предварительный и сопроводительный подогрев изделий.
Смотрите также

osvarke.net

Методы предупреждения дефектов при сварке чугуна

Технологические методы предупреждения дефектов

Основные показатели качества сварного соединения чугуна - это структура, механические свойства и сплошность. В качестве критерия оценки структуры принимают количество твердых структурных составляющих. Наличие значительного количества карбидов в сварном соединении - показатель неудовлетворительного качества сварки. Равнопрочность сварного соединения чугуна является важным критерием качества В равной степени оцениваются механические свойства как металла шва, так и ЗТВ. При наличии трещин в сварном соединении его качество считается неудовлетворительным. Поры в шве и зоне сплавления могут ослабить соединение и сделать его непригодным для эксплуатации под давлением.

Перечисленные показатели качества сварного соединения определяются свариваемостью чугуна, особенностями сварочного материала, режимами и техникой сварки. При благоприятных сочетаниях этих факторов удается обеспечить сварное соединение требуемых качеств.

Основные дефекты и методы их предупреждения. Образование холодных трещин при сварке чугуна однотипным металлом в случае несоблюдения технологий образований, как правило, начинается со шва или наплавки, а завершается на основном металле. При сварке чугуна разнородным материалом они образуются обычно в детали, рядом со швом и располагаются либо поперек, либо вдоль швов. Часто можно наблюдать отрывы стальной наплавки по большей части поверхности сплавления с чугуном.

При сварке чугуна электродными материалами на основе никеля в швах могут образоваться горячие трещины. К другим дефектам, которые можно обнаружить в соединениях чугуна, относятся поры, несплавления, спель.

В некоторых отливках повышение твердости металла шва и ЗТВ по сравнению с основным металлом считается дефектом, так как затрудняет обрабатываем ость поверхностей или не позволяет их эксплуатировать в дальнейшем, например, для скольжения по плоскости сопряженных деталей (направляющие).

Оценка качества соединения и допустимость обнаруженного дефекта определяются в каждом конкретном случае в зависимости от назначения детали и предъявляемых к ней требований.

Холодные трещины - наиболее распространенный дефект. Одна из причин большой склонности соединений серого чугуна к образованию холодных трещин - наличие пластинчатого графита в металлической матрице, который играет роль надреза. Под действием растягивающих напряжений у краев графитных пластинчатых включений создается перенапряжение, которое и может вызвать разрушение. У серого чугуна практически отсутствует запас пластичности, поэтому разрушение происходит хрупко, путем отрыва и в основном по графитным включениям. Присутствие в чугуне цементита, ледебурита и мартенсита повышает хрупкость и способствует образованию трещин.

Стойкость наплавленного чугуна против образования холодных трещин зависит от степени графитизации в процессе его кристаллизации. С увеличением количества свободного углерода (графита) уменьшаются свободная линейная усадка наплавленного металла и сварочные напряжения, улучшается структура матрицы и повышается пластичность чугуна в целом. Росту степени графитизации способствует увеличение содержания углерода и предварительный подогрев свариваемого изделия. Положительная роль повышения исходной температуры чугунных деталей проявляется в большей степени, если проводят не местный, а общий подогрев, так как в первом случае достигается лишь снижение скорости охлаждения наплавки, а во втором - обеспечивается также значительное снижение сварочных напряжений из-за сокращения линейных размеров свариваемого изделия.

При усадке в металле шва возникают растягивавшие напряжения, причем тем больше, чем протяженнее швы. Под действием этих напряжений могут образоваться поперечные трещины в металле шва. Их предотврашают, подбирая соответствующий состав металла шва и применяя технику сварки, снижаюшую напряженное состояние.

Если металл шва - чугун, то необходимо обеспечить высокий предварительный подогрев и последующее медленное охлаждение соединения. Однако в этом случае часто нет гарантии, что трещина не образуется, если не выполнить отжиг для снятия внутренних напряжении.

При сварке чугуна стальными электродами образования трещин в валиках и однопроходных швах избежать невозможно. Меньше трещин получается при механизированной сварке стальной проволокой малого диаметра в защитном газе на низком режиме. Сварку выполняют небольшими участками, первый валик сразу перекрывают вторым для замедления охлаждения и отпуска закалочных структурных составляющих.

В швах на основе никеля или меди поперечные трещины встречаются редко, так как сварку проводят короткими участками с,проковкой для уменьшения напряжений. Поперечные трещины в основном металле встречаются чаще всего при сварке тонкостенных чугунных отливок толщиной δ = 5...10 мм. Прилегающая к шву достаточно широкая зона основного металла нагревается до температуры выше 550...600°С и под влиянием сжимающих напряжений претерпевает пластическую деформацию. После выравнивания температуры шва и околошовной зоны при дальнейшем охлаждении соединения в этих зонах основного металла напряжения меняют знак и могут привести к разрушению. Опасность образования поперечных трещин в основном металле тем больше, чем тоньше чугун, чем больше в нем фосфидной эвтектики и грубого пластинчатого либо междендритного графита. С уменьшением толщины свариваемой детали ухудшается теплоотвод, зона высоких температур становится шире, общее напряженное состояние усложняется. Кроме того, с уменьшением толщины чугуна может сильнее проявиться наличие в опасной зоне дефектов основного металла: внутренних скрытых пор, крупных неметаллических включений, скоплений фосфидной эвтектики и др.

Снижения сварочных напряжений можно достигнуть двумя путями:

1) уменьшать тепловложение в основной металл с тем, чтобы не допускать высокой концентрации тепловой энергии в районе шва на длительное время. Очевидно, такую меру предосторожности необходимо выполнять тем тщательнее, чем тоньше свариваемый чугун;

2) снижать темп и величину сокращения линейных размеров шва, поэтому на практике стремятся к повышению пластичности шва, а также выполняют проковку наплавленного металла в процессе охлаждения.

Продольные трещины в околошовной зоне при внешнем осмотре часто не обнаруживаются, но выявляются при испытании сварных соединений на герметичность. Они образуются только при сварке чугуна без предварительного подогрева.

Различают отколы - трещины, проходящие по ЗТВ, и отрывы, возникающие в результате отслоения шва от основного металла. Зона оплавления при сварке чугуна благодаря графитным включениям представляет собой извилистую границу с глубокими впадинами и выступами. Поэтому продольные трещины, образующиеся в районе границы основного и наплавленного металлов, пересекают не только различные участки ЗТВ, но и участки шва, вклинившиеся в основной металл. Такие трещины относят к отколам, их образованию способствует наличие хрупких составляющих в структуре металла околошовной зоны.

Отрыв шва при сварке чугуна возникает, если основной элемент состава шва не образует с железом твердых растворов в широком диапазоне концентраций (например, медь) или дает интерметаллидные прослойки по границе (как алюминий). Вероятность образования отрывов увеличивается при сварке ферритных чугунов с грубыми включениями пластинчатого графита, которые препятствуют смачиванию сварочной ванной оплавленной поверхности основного металла. Образованию отрывов способствует дефект в виде цепочки мелких пор по границе сплавления, что часто наблюдается при сварке чугуна высоконикелевыми сплавами.

Выполнение сварки с предварительным местным подогревом до температуры 150...250°С, проковка участков шва, использование в качестве основного металла чугуна с мелким завихренным или компактным графитом, неокисленного и непропитанного маслами в процессе эксплуатации, способствуют исключению продольных трещин в околошовной зоне.

Горячие трещины. Если в процессе кристаллизации и последующего охлаждения металла в области высоких температур создаются условия, при которых возникающие деформации укорочения металла не обеспечиваются его деформационной способностью, то может происходить нарушение сплошности – образование горячих трещин, образованию которых способсгвует наличие легкоплавких эвтектик, остающихся жидкими между затвердевшими кристаллами.

Углерод и сера уменьшают стойкость швов против горячих трещин особенно при сварке чугуна высоконикелевыми сплавами. Углерод создает несплошности, которые ослабляют формирующийся шов. Это проявляется сильнее, если включения графита имеют пластинчатую форму. При сварке чугуна никелем важно добиться, чтобы в структуре шва включения графита имели компактные формы, лучше всего шаровидную или точечную.

Сера не растворяется в никеле, но может образовывать с ним соединения, например, сульфид никеля Ni3S2 который дает с никелем хрупкую эвтектику с температурой плавления 644°С. При содержании серы в никеле более 0,01 % в швах, как правило, появляются трещины. Снижение содержания серы в наплавленном металле и связывание ее в тугоплавкие соединения - важная задача при разработке сварочных материалов для чугуна.

Предварительный подогрев изделия до 150...250°С благоприятно сказывается на стойкости швов против горячих трещин, поскольку снижается темп нарастания деформации при кристаллизации шва Проковка как технологический прием здесь неэффективна, так как трещины образуются гораздо раньше, чем может быть осуществлено деформирование металла шва.

Чем позже начинает деформироваться металл в ЗТВ при остывании сварного соединения, тем меньше вероятность образования очагов разрушения и развития трещины. Снижение температуры плавления металла шва – эффективная мера уменьшения температуры начала деформаций. В этом отношении очевидно преимущество аустенитного металла шва по сравнению с ферритным даже с учетом того, что усадка аустенита больше, чем феррита.

Поры - серьезный дефект сварных соединений чугуна, особенно для деталей, работающих под давлением. Отдельные поры в чугуне, наплавленном при заварке крупных дефектов, не представляют опасности. Однако при значительной пораженности металла шва сварное соединение не может быть признано удовлетворительным. Поры представляют собой не успевшие выделиться до затвердевания металла пузырьки водорода, азота, водяного пара, оксида углерода. В наибольшей степени образованию пор в наплавленном чугуне способствуют азот и водород вследствие скачкообразного изменения их растворимости в период кристаллизации сварочной ванны.

Уменьшение пористости наплавленного чугуна достигают тщательной очисткой основного металла от ржавчины и органических загрязнений, связыванием водорода в соединения (HF, OH), нерастворимые в жидком металле. Благодаря способности азота образовывать стойкие нитриды титана, алюминия, циркония, исключают его вредное влияние путем легирования сварочной ванны этими элементами. Чтобы предотвратить образование газовых пузырьков водяного пара и оксида углерода, сварочную ванну жидкого чугуна раскисляют титаном, алюминием, кремнием. Вероятность образования пор снижается с уменьшением скорости кристаллизации жидкого чугуна. Поэтому при больших объемах ванны, характерных для сварки с предварительным подогревом, дегазация успевает пройти, и поры не образуются.

При сварке чугуна сплавами на основе никеля и меди главным возбудителем пор считают водород. Образованию пор также способствуют оксиды углерода, которые в обильном количестве образуются при сварке чугуна. Для уменьшения пористости электроды на основе никеля и меди изготавливают с основным фтористо-кальциевым покрытием. Чтобы снизить количество растворенного водорода в ванне, сварку выполняют на низком режиме короткой дугой. На плотность швов значительно влияют геометрия разделки, форма сварочной ванны и ее способность к дегазации при затвердевании. При сварке штучными электродами разделка должна быть неглубокой, без острых переходов, с возможно большим отношением ширины к глубине.

При загрязнении основного металла органическими маслами трудно избежать пор в швах на основе цветных металлов. Такое явление чаще всего наблюдается при ремонте базисных деталей двигателей, корпусов редукторов, деталей станков, других изделий. Поэтому перед сваркой поверхности тщательно очищают горячим щелочным раствором. Особенно опасны скопления пор в виде цепочек по границе сплавления, если требуется герметичность соединения, так как это способствует образованию отрывов. Даже если трещина и не возникла, соединение может быть забраковано из-за потери герметичности. Предварительный подогрев детали замедляет скорость кристаллизации сварочной ванны и способствует более полному удалению газов. 

 

 

oitsp.ru