Трещины представляют собой один из возможных дефектов, которые могут возникнуть при сварке. Они характеризуются значительной протяженностью и могут привести к существенному ослаблению точки соединения металлических деталей. Этот дефект возникает в результате разрывов в области шва или вокруг него, обусловленных высокими внутренними напряжениями в металле и снижением его пластичности.
Признаком того, что трещины можно отнести к категории горячих дефектов, является темный оттенок поверхности вокруг них и выраженная окисленность этой области.
Виды трещин
Горячие трещины представляют собой разрывы или надрезы, которые протягиваются вдоль или поперек соединительного шва. Они могут быть как крупными, так и менее заметными, иногда их обнаружение требует использования увеличительного стекла. Эти трещины имеют извилистую форму и окрашены в темный цвет из-за окислов металла. Они могут появляться как внутри места сварного шва, так и в области, непосредственно прилегающей к нему.
Такие трещины классифицируются как продольные и поперечные. Поперечные трещины также могут возникать внутри свариваемого металла, не доходя до его поверхности. В околошовной зоне также могут появляться продольные и поперечные дефекты, которые можно разделить на следующие типы:
- Кристаллизационные трещины – обычно имеют большую протяженность и могут выходить на поверхность. Ветвление встречается редко. Эти трещины образуются из-за особенностей кристаллизации расплава: сначала появляются мелкие зерна у краев трещины, затем образуются столбчатые кристаллы, рост которых происходит перпендикулярно к месту стыка. Важную роль играет также угол между кристаллитами, составляющими поликристаллическую структуру. Разрыв происходит между зернами.
- Ликвидационные трещины – возникают из-за неоднородного состава сплава. Они обычно имеют небольшой размер и появляются рядом со столбчатыми кристаллами. Образование этих трещин часто связано с перемещением загрязнений и включений в межкристаллическое пространство. В случае легированных сталей центры роста зерен могут быть образованы тугоплавкими веществами, что создает физическую неоднородность металла.
- Деформационные трещины – возникают из-за неравномерного усадочного напряжения материала во время остывания расплава.
По времени возникновения, трещины классифицируются на два типа: холодные и горячие.
Горячие трещины формируются в процессе сварки, непосредственно в момент соединения деталей. Их образование происходит:
- Во время кристаллизации материала.
- При нагреве металла до высоких температур.
- При нахождении сплава в состоянии твердо-жидкой фазы.
Появление горячих трещин происходит, когда металл нагревается до температур в диапазоне 1000-1300 градусов Цельсия. В этот момент часть металла уже начинает затвердевать, в то время как другие участки остаются пластичными. Этот процесс четко виден на поверхности сварного шва: центральная область шва блестит ярко-красным цветом, в то время как окружающая область имеет темный оттенок.
Холодное растрескивание происходит на более поздних этапах из-за усиленного накопления напряжений. Появление этих трещин сопровождается характерным звуком треска, а затем появляется сама трещина на поверхности, которая ранее казалась цельной. Холодное растрескивание, как правило, происходит при остывании сварного шва до температур в диапазоне 200-300 градусов.
Почему возникают трещины
Образование горячих трещин связано с разрушением связей между кристаллическими структурами. Эти дефекты часто появляются в процессе сварки:
- Стали с сульфитами: Конструкционные стали, содержащие сульфиты, подвержены риску образования ликвидационных трещин. Растворение неорганических солей в расплаве приводит к образованию пленок на границах кристаллов. Этот процесс особенно негативно влияет на стали, содержащие серу и фосфор. Эти элементы считаются вредными для качества стальных сплавов.
- Легированные стали: Трещины также могут образовываться при сварке сталей, содержащих легирующие добавки как ниобий, титан, ванадий, хром, вольфрам, молибден, а также другие легкоплавкие металлы. При охлаждении эти металлы кристаллизуются в областях соединения зерен дендритов, застывая последними. Этот процесс ослабляет межкристаллические связи и создает напряжения в структуре металла.
- Аустенитные стали: В марках сталей с аустенитной структурой, трещины могут возникнуть из-за небольшого относительного удлинения. В связи с этим, детали из таких материалов должны быть тщательно закреплены во время сварки, чтобы предотвратить структурные деформации.
- Кристаллизационные дефекты: Эти дефекты могут возникнуть из-за неправильной технологии сварки, особенно при работе с высоколегированными сталями. Применение высоких сварочных токов может создать области с крупными кристаллами, что способствует образованию внутренних напряжений.
- Внешние причины: Возникновение трещин также может быть связано с наличием примесей в расплавленном металле. Процесс сегрегации, неравномерного распределения легирующих элементов и микрофаз в сплаве, также может способствовать образованию горячих трещин.
Контроль сварочного шва
Для предотвращения образования горячих трещин сварщику следует внимательно контролировать процесс. Для этой цели он использует щетку, чтобы тщательно удалить шлак с швов. Наличие потенциальных дефектов, таких как наплывы, требует более детального рассмотрения через увеличительное стекло, так как трещины часто могут скрываться за ними.
В случаях, когда необходимо устранить возможное ослабление из-за дефектов, проводится дефектоскопия, используя рентгеновские установки, для более ответственного подхода. Этот метод позволяет выявить даже внутренние полости и дефекты. Для проверки трубопроводов и сосудов, предназначенных для хранения жидкостей и сжатых газов, используется метод опрессовки сжатым воздухом. Контроль за возможными утечками через микротрещины также может включать заполнение сосудов керосином или аммиаком.
Как устранить трещины
Для ликвидации образовавшихся горячих трещин в процессе сварки необходимо выполнить определенные действия, чтобы предотвратить ослабление конструкции. Эффективным методом может быть повторное проваривание шва. Однако поверхностное прохождение по шву еще раз не является оптимальным решением. Часто люди прибегают к такому подходу, но это только маскирует проблему, не решая ее. Такой метод лишь временно скрывает дефект, при этом существует риск того, что после остывания металла трещина вновь может появиться, возможно, даже при дополнительной нагрузке.
Бракованные участки следует полностью вырезать, а затем выполнить переварку в этих местах. Процедуру следует проводить после тщательного анализа причин образования трещин. Важно также правильно подобрать марку электродов и параметры сварочного тока. Однако гораздо более разумно предотвратить подобные проблемы с самого начала, чем затем тратить время и ресурсы на устранение дефектов.
Как предотвратить образование дефектов
Чаще всего, образование трещин в процессе сварки наблюдается у малоопытных сварщиков, частью из-за несоблюдения правильных параметров и методов сварки, а также ненадлежащей предсварочной подготовки. Чтобы избежать необходимости доработки работы, следует придерживаться следующих рекомендаций:
- Подбор правильных параметров: Оптимальный диаметр электрода и настройка сварочного тока должны соответствовать толщине материалов. Приблизительные таблицы обычно указаны в паспорте сварочного аппарата и на упаковке с электродами.
- Тщательный выбор электродов: Электроды должны соответствовать металлу, который сваривается. Важно учесть состав стержня или проволоки, а также обмазки. Рекомендации по выбору расходных материалов следует соблюдать, учитывая конкретные сплавы.
- Использование флюсов с низким содержанием фосфора и серы: Рекомендуется предпочитать флюсы, основанные на кремнии, которые содержат минимальные количества фосфора и серы.
- Предварительный нагрев: Перед началом сварки заготовки следует прогреть. Это поможет снять напряжения в металле, а также сократить перепады температур между зоной сварки и остальными частями деталей.
- Многопроходная технология: Рекомендуется использовать метод многопроходной сварки, передвигаясь со средней скоростью. Проведение нескольких проходов с более высокой скоростью предпочтительнее, чем медленное прохождение за один раз. Чередование направления движения электрода между проходами способствует укреплению структуры металла.
- Фаска для толстых деталей: При толщине деталей более 5 мм рекомендуется предварительно выполнить фаску под углом 45 градусов. Это позволяет создать форму литеры V или Y для зоны соединения деталей. Заполнение выемки следует проводить несколькими проходами для увеличения глубины шва и его прочности.
- Охлаждение без воды: Не следует охлаждать сварочные соединения с использованием воды после завершения работы.
