Sveisesprekker klassifiseres etter sin natur i varme sprekker, gjenoppvarmingssprekker, kalde sprekker, lamellære rifter, etc. Det følgende er en detaljert forklaring av årsakene, egenskapene og forebyggingsmetoder for ulike sprekker.
01
varme sprekker
Det oppstår ved høye temperaturer under sveising, så det kalles varm sprekk. Den er preget av sprekker langs den opprinnelige austenittkorngrensen. Avhengig av materialene til metallet som sveises (lavlegert høyfast stål, rustfritt stål, støpejern, aluminiumslegering og noen spesielle metaller, etc.), er formen, temperaturområdet og hovedårsakene til varme sprekker også forskjellige. For tiden er termiske sprekker delt inn i tre kategorier: krystallsprekker, flytende sprekker og polylaterale sprekker.
bilde
(1) Krystall sprekker
Det forekommer hovedsakelig i sveiser av karbonstål og lavlegert stål som inneholder flere urenheter (som inneholder høy S, P, C, Si) og enfaset austenittisk stål, nikkelbaserte legeringer og noen sveiser av aluminiumslegering. Denne typen sprekk oppstår under sveisekrystalliseringsprosessen, nær soliduslinjen. På grunn av krympingen av det størknede metallet er gjenværende flytende metall utilstrekkelig og kan ikke fylles i tide. Intergranulær sprekkdannelse oppstår under påvirkning av stress.
Forebyggende og kontrolltiltak er: når det gjelder metallurgiske faktorer, juster sammensetningen av sveisemetallet på riktig måte, forkort rekkevidden til den sprø temperatursonen, kontroller innholdet av skadelige urenheter som svovel, fosfor og karbon i sveisen; foredle de primære kornene til sveisemetallet, det vil si på riktig måte legge til Mo , V, Ti, Nb og andre elementer; når det gjelder teknologi, kan det forhindres ved å forvarme før sveising, kontrollere ledningsenergi, redusere skjøtebegrensninger, etc.
(2) Flytende sprekker nær sømområdet
Det er en slags mikrosprekker som sprekker langs austenittkorngrensen. Størrelsen er veldig liten og forekommer i HAZ nær sømområdet eller mellom lag. Dens dannelse skyldes generelt det faktum at metallet i nærsømmeområdet eller metallet mellom sveisesømmene under sveising fører til at den lavtsmeltende eutektiske sammensetningen på austenittkorngrensene i disse områdene omsmeltes ved høye temperaturer. Under påvirkning av strekkspenning danner den lavtsmeltende eutektiske sammensetningen Austenitt intergranulære sprekker flytende sprekker.
Forebyggings- og kontrolltiltakene for denne typen sprekker er i utgangspunktet de samme som for krystallsprekker. Spesielt innen metallurgi er det svært effektivt å redusere innholdet av lavtsmeltende eutektiske elementer som svovel, fosfor, silisium og bor så mye som mulig; når det gjelder teknologi, kan det redusere linjeenergien og redusere konkaviteten til fusjonslinjen i smeltebassenget.
(3) Polygonale sprekker
Det er forårsaket av lav plastisitet ved høye temperaturer under dannelsen av polygoner. Denne typen sprekker er ikke vanlig, og dens forebyggings- og kontrolltiltak kan inkludere å legge til elementer som Mo, W, Ti, etc. til sveisen for å øke den polylaterale eksitasjonsenergien.
02
varme opp crack
Det forekommer vanligvis i visse ståltyper og høytemperaturlegeringer som inneholder nedbørsforsterkende elementer (inkludert lavlegerte høyfaste stål, perlittiske varmebestandige stål, nedbørsforsterkede høytemperaturlegeringer og noen austenittiske rustfrie stål). Det ble ikke funnet sprekker etter sveising. I stedet oppsto det sprekker under varmebehandlingsprosessen. Gjenoppvarmingssprekker oppstår i de overopphetede grovkornede delene av den sveisevarmepåvirkede sonen, og deres retning er å utvide seg langs de austenitt-grovkornede korngrensene til smeltelinjen.
Når det gjelder materialvalg for å hindre gjenoppvarmingssprekker, kan finkornet stål brukes. Når det gjelder teknologi, bruk mindre lineær energi, bruk høyere forvarmingstemperatur og oppfølgingsoppvarmingstiltak, og bruk lavtilpassede sveisematerialer for å unngå spenningskonsentrasjon.
03
kald sprekk
Det forekommer hovedsakelig i den varmepåvirkede sveisesonen av høy- og middels karbonstål, lav- og middels legert stål, men noen ganger oppstår også kalde sprekker i sveiser i enkelte metaller, for eksempel noen ultra-høystyrke stål, titan og titanlegeringer. Generelt er herdingstendensen til ståltypen, hydrogeninnholdet og fordelingen av sveiseskjøten, og skjøtens fastspenningstilstand de tre hovedfaktorene som forårsaker kalde sprekker under sveising av høyfast stål. Under påvirkning av hydrogenelement og strekkspenning danner martensittstrukturen dannet etter sveising kalde sprekker. Dens dannelse er vanligvis transgranulær eller intergranulær. Kalde sprekker er generelt delt inn i sveisetåsprekker, sveisevulssprekker og rotsprekker.
Forebygging og kontroll av kalde sprekker kan starte fra tre aspekter: den kjemiske sammensetningen av arbeidsstykket, valg av sveisematerialer og prosesstiltak. Materialer med lavere karbonekvivalenter bør brukes så mye som mulig; lav-hydrogen-elektroder bør brukes som sveisematerialer, og lav-styrke-tilpasning bør brukes for sveiser. Austenittiske sveisematerialer kan også brukes for materialer med høy kaldsprekkingstendens; lineær energi, forvarming og ettervarme bør være rimelig kontrollert. Varmebehandling er et prosesstiltak for å hindre kaldoppsprekking.
Ved sveiseproduksjon, på grunn av de forskjellige ståltypene og sveisematerialene som brukes, strukturens type og stivhet, og de spesifikke konstruksjonsforholdene, kan det oppstå ulike former for kalde sprekker. Imidlertid oppstår forsinket oppsprekking hovedsakelig i produksjonen.
Forsinket sprekkdannelse kommer i tre former:
(1) Sveisetåsprekk-Denne typen sprekk stammer fra grensesnittet mellom grunnmetallet og sveisen, og har åpenbare spenningskonsentrasjonsplasseringer. Retningen til sprekken er ofte parallell med sveisevulsten, og starter vanligvis fra overflaten av sveisetåen og strekker seg til dybden av basismetallet.
(2) Sprekker under sveisestrengen - Denne typen sprekker oppstår ofte i den varmepåvirkede sveisesonen med stor herdingstendens og høyt hydrogeninnhold. Vanligvis er sprekkretningen parallell med fusjonslinjen.
(3) Root crack - denne typen sprekk er en vanlig form for forsinket sprekk, som hovedsakelig oppstår når hydrogeninnholdet er høyt og forvarmingstemperaturen er utilstrekkelig. Denne typen sprekker ligner på en sveisetåsprekke og stammer fra roten av sveisen hvor spenningskonsentrasjonen er størst. Det kan oppstå rotsprekker i det grovkornede segmentet av den varmepåvirkede sonen eller i sveisemetallet.
Herdingstendensen til ståltypen, hydrogeninnholdet og fordelingen av sveiseskjøten, og skjøtens fastspenningstilstand er de tre hovedfaktorene som forårsaker kalde sprekker ved sveising av høyfast stål. Disse tre faktorene henger sammen og gjensidig forsterkende under visse forhold.
Herdingstendensen til ståltyper bestemmes hovedsakelig av kjemisk sammensetning, platetykkelse, sveiseprosess og kjøleforhold. Ved sveising er det slik at jo større herdingstendens ståltypen har, desto lettere er det å produsere sprekker. Hvorfor sprekker stål etter at det er herdet? Det kan oppsummeres i følgende to aspekter:
(1) Dannelse av en sprø og hard martensittstruktur - martensitt er en overmettet fast løsning av karbon i ɑ jern. Karbonatomer eksisterer som interstitielle atomer i krystallgitteret, noe som får jernatomene til å avvike fra likevektsposisjonen og krystallgitteret endres. Stor forvrengning fører til at vevet er i en herdet tilstand. Spesielt under sveiseforhold er oppvarmingstemperaturen i nærsømmeområdet svært høy, noe som får austenittkornene til å vokse alvorlig. Når den avkjøles raskt, vil den grove austenitten forvandles til grov martensitt. Fra styrketeorien til metaller kan man vite at martensitt er en sprø og hard struktur, som bruker mindre energi når det oppstår brudd. Derfor, når det finnes martensitt i den sveisede skjøten, er det lett å danne og utvide sprekker.
(2) Herding vil danne flere gitterdefekter - metall vil danne et stort antall gitterdefekter under termiske ubalanseforhold. Disse gitterdefektene er hovedsakelig ledige stillinger og dislokasjoner. Når den termiske belastningen i den varmepåvirkede sveisesonen øker, vil ledige plasser og dislokasjoner bevege seg og samle seg under forhold med stress og termisk ubalanse. Når konsentrasjonen når en viss kritisk verdi, vil det dannes sprekkkilder. Under den fortsatte påvirkningen av stress vil makroskopiske sprekker fortsette å utvide seg og dannes.
Hydrogen er en av de viktige faktorene som forårsaker kalde sprekker ved sveising av høyfast stål, og det har forsinkede egenskaper. Derfor kalles forsinkede sprekker forårsaket av hydrogen "hydrogenindusert sprekkdannelse" i mange dokumenter. Eksperimentelle studier har vist at jo høyere hydrogeninnhold i høyfaste stålsveisede skjøter, desto større er følsomheten for sprekker. Når hydrogeninnholdet i et lokalområde når en viss kritisk verdi, vil det begynne å komme sprekker. Denne verdien kalles den kritiske verdien for sprekkdannelse. Hydrogeninnhold [H]cr.
[H]cr-verdien for kaldsprekking i forskjellige stål er forskjellig, og den er relatert til stålets kjemiske sammensetning, stålstyrke, forvarmingstemperatur og kjøleforhold.
(1) Under sveising er fuktighet i sveisematerialet, rust, oljeflekker i sporet i sveisingen og fuktighet i miljøet alle årsaker til hydrogenrike sveiser. Under normale omstendigheter er mengden hydrogen i basismetallet og sveisetråden svært liten, men fuktigheten i elektrodebelegget og fuktigheten i luften kan ikke ignoreres, og blir hovedkilden til hydrogenering.
(2) Oppløsnings- og diffusjonsevnen til hydrogen i forskjellige metallstrukturer er forskjellige. Løseligheten til hydrogen i austenitt er mye større enn i ferritt. Derfor, under overgangen fra austenitt til ferritt under sveising, synker oppløseligheten av hydrogen plutselig. Samtidig er diffusjonshastigheten til hydrogen akkurat det motsatte, og øker plutselig ved transformasjon fra austenitt til ferritt.
Under påvirkning av høy temperatur under sveising vil en stor mengde hydrogen løses opp i smeltebassenget. Under den påfølgende avkjølings- og størkningsprosessen, på grunn av den kraftige reduksjonen i løselighet, vil hydrogenet unnslippe så mye som mulig, men på grunn av den raske avkjølingen vil ikke hydrogenet ha tid til å unnslippe. Forblir i sveisemetallet for å danne diffust hydrogen.
04
Lamellær rift
Det er en intern lavtemperatur-sprekker. Det er begrenset til grunnmetall- eller sveisevarmepåvirket sone av tykke plater, og forekommer for det meste i skjøter av typen "L", "T" og "+". Det er definert som en trinnlignende kald sprekk som oppstår i grunnmaterialet fordi plastisiteten til den valsede tykke stålplaten i tykkelsesretningen ikke er nok til å motstå sveisekrympebelastningen i denne retningen. Generelt er det fordi under valseprosessen av tykke stålplater, blir noen ikke-metalliske inneslutninger i stålet rullet til strimmelformede inneslutninger parallelt med rulleretningen. Disse inneslutningene forårsaker anisotropisk ledningsevne i de mekaniske egenskapene til stålplaten. For å forhindre lamellrivning kan du bruke raffinert stål i materialvalg, det vil si bruke stålplater med høy z-retningsytelse. Du kan også forbedre skjøtedesignet for å unngå enkeltsidige sveiser eller lage spor på siden som har z-retningsbelastning.
Lamellrivning er forskjellig fra kaldsprekking. Dens forekomst har ingenting med styrkenivået til ståltypen å gjøre, men er hovedsakelig relatert til inklusjonsmengden og fordelingsformen i stålet. Vanligvis kan lamellære rifter oppstå i valsede tykke stålplater, slik som lavkarbonstål, lavlegert høyfast stål og til og med aluminiumslegeringsplater. Lamellære tårer kan grovt deles inn i tre kategorier i henhold til deres plassering:
Den første typen er lamellrivning indusert av kalde sprekker i sveisetåen eller sveiseroten i sveisevarmepåvirket sone.
Den andre typen er inklusjonssprekker langs den varmepåvirkede sveisesonen, som er den vanligste lamellære riften i ingeniørfag.
Den tredje typen inklusjonssprekker i grunnmetallet vekk fra den varmepåvirkede sonen forekommer vanligvis i tykke platestrukturer med flere MnS-flak-inneslutninger.
bilde
Formen for lamellavriving er nært knyttet til type, form, distribusjon og plassering av inneslutninger. Når de flassete MnS-inneslutningene er dominerende langs rulleretningen, har den lamellære rivningen en tydelig trinnform, når den domineres av silikatinslutninger er den lineær, og når den domineres av Al-inneslutninger er den uregelmessig. Tråkket.
Ved sveising av tykke platestrukturer, spesielt T-formede og hjørneskjøter, under stive begrensninger, vil krympingen av sveisen gi store strekkspenninger og tøyninger i tykkelsesretningen til grunnmetallet. Når tøyningen overstiger plastisiteten til basismetallet, Når deformasjonsevnen oppstår, vil inneslutningene og metallmatrisen skille seg og det vil oppstå mikrosprekker. Under fortsatt påkjenning vil sprekkspissene utvide seg langs planet der inneslutningene er plassert, og danne en såkalt "plattform".
Det er mange faktorer som påvirker lamellære tårer, hovedsakelig inkludert følgende aspekter:
(1) Type, mengde og distribusjonsform av ikke-metalliske inneslutninger er den vesentlige årsaken til lamellavriving. Det er den grunnleggende årsaken til anisotropien og de mekaniske egenskapene til stål.
(2) Begrensningsspenning i Z-retning
Tykkveggede sveisede konstruksjoner bærer forskjellige Z-retnings belastninger, restspenninger og belastninger etter sveising under sveiseprosessen, som er de mekaniske forholdene som forårsaker lamellrivning.
(3) Påvirkning av hydrogen
Det antas generelt at hydrogen er en viktig påvirkningsfaktor i lamellrivning indusert av kaldsprekking nær den varmepåvirkede sonen.
Siden lamellrivning har stor innvirkning og farene er svært alvorlige, er det nødvendig å bedømme stålets følsomhet for lamellrivning før bygging.
Vanlig brukte evalueringsmetoder inkluderer Z-retning strekkområde krymping og pin Z-retning kritisk spenning metode. For å forhindre lamellrivning, bør krympingen av arealet ikke være mindre enn 15 %. Generelt forventes det å være 15~20%. Når den er 25 %, anses den lamellære rivemotstanden å være utmerket.
For å forhindre lamellrivning, bør tiltak tas hovedsakelig fra følgende aspekter:
(1) Raffinert stål
Metoden for tidlig avsvovling av smeltet jern og vakuumavgassing kan brukes mye til å smelte stål med ultralavt svovelinnhold med et svovelinnhold på bare 0.003~0,005 %, og dets seksjonskrymping (Z) retning) kan nå 23~25%.
(2) Kontroller formen til sulfidinneslutninger
Det gjør MnS til sulfider av andre elementer, noe som gjør det vanskelig å forlenge under varmvalsing, og reduserer derved anisotropi. For tiden mye brukte tilsetningselementer er kalsium og sjeldne jordartsmetaller. Stål behandlet som ovenfor kan produsere lamellære rivebestandige stålplater med en krymping i Z-retningen på 50 til 70 %.
(3) Fra perspektivet om å forhindre lamellær riving, er design- og konstruksjonsprosessen hovedsakelig for å unngå Z-retning stress og spenningskonsentrasjon. De spesifikke tiltakene er som følger:
1) Ensidige sveiser bør unngås så mye som mulig. Bruk av bilaterale sveiser i stedet kan lindre spenningstilstanden i sveisens rotsone og forhindre spenningskonsentrasjon.
2) Bruk symmetriske kilsveiser med en liten mengde sveising i stedet for full penetrasjonssveis med mye sveising for å unngå for stor belastning.
3) Det bør lages en skråkant på siden som bærer Z-retningsspenningen.
4) For T-formede skjøter kan et lag med lavfast sveisemateriale forhåndssveises på den horisontale platen for å hindre sveiserotsprekker og også lette sveisebelastningen.
5) For å forhindre lamellrivning forårsaket av kaldsprekking, bør noen tiltak for å forhindre kaldsprekking iverksettes så mye som mulig, som å redusere mengden hydrogen, passende øke forvarmingen, kontrollere mellomlagstemperaturen, etc.
