Трещины отпуска при сварке. Отпускные трещины - дефект сварного шва

Трещины отпуска при сварке образуются в процессе термообработки, выполняемой после окончания процесса сварки металлов. Это, как правило, отпуск, для снятия остаточных внутренних напряжений в сварном шве и зоне термического влияния.

Отпускные трещины образуются при сварке низколегированных сталей, а также, при сварке аустенитных сталей (хромонокелевых) и никелевых сплавов.

Выявить подобные дефекты в сварных швах тяжело на практике из-за того, что контроль сварных швов (дефектоскопию) проводят, как правило, до окончательной термообработки. Учитывая этот факт, можно предположить, что некоторые сварные конструкции, состоящие из листового металла, эксплуатируются с трещинами отпуска. Речь идёт, в первую очередь, о сварных конструкциях, изготовленных из листов большой толщины.

Типы трещин отпуска

Различают три вида трещин отпуска:

1. Низкотемпературные отпускные трещины, формирование которых происходит, аналогично образованию холодных трещин, при низких температурах, порядка 200-300°C.

2. Высокотемпературные трещины отпуска, которые образуются при температуре отпуска.

3. Трещины, образующиеся под валиками сварных швов. Часто появляются при сварке низколегированных сталей с помощью ленточных аустенитных электродов.

Среди этих трёх типов трещин, самые большие из них - низкотемпературные. Но, все типы, без исключения, снижают эксплуатационные свойства сварных изделий.

Формирование низкотемпературных трещин отпуска

Трещины отпуска первого типа, формирующиеся при низких температурах, возникают из-за больших скоростей нагрева. В результате возникает большая разность температур между поверхностью и внутренней частью, и это становится причиной возникновения термических напряжений.

Эти напряжения начинают воздействовать на те участки зоны термического влияния, которые уже оказались ослабленными в процессе сварки. Нередко трещины отпуска возникают, как результат образования горячих трещин при сварке. Если в металле появились зародыши горячих трещин при сварке, то во время отпуска, при большой скорости нагрева они могут развиться в виде отпускных трещин. Также отпускные трещины могут быть продолжением развития холодных трещин.

Часто получается так, что до отпуска невозможно обнаружить зачатки горячих и холодных трещин с помощью дефектоскопического контроля. А после отпуска, или в процессе него, они получают развитие, как трещины отпуска.

Как предотвратить появление низкотемпературных отпускных трещин?

Для исключения подобных дефектов в сварных швах, необходимо, прежде всего, избегать резкого нагревания в процессе отпуска. Регулировать скорость нагрева необходимо, прежде всего, на начальной стадии нагрева, до 300°C. В случае сварки деталей большой толщины рекомендуемая скорость нагрева должна быть в пределах 15-30°C.

Также, предотвратить образование отпускных трещин можно, применяя последующей нагрев и контроль температуры промежуточных слоёв. При такой технологии сварки, изделие не остывает по окончании сварки. Значение температур промежуточных слоёв составляет 150-300°C. При такой остаточной температуре необходимо сразу начинать отпуск.

Кроме того, исключить возможность появления трещин при отпуске можно, если удастся предотвратить образование холодных и горячих трещин при сварке. Кроме того, следует учесть, что любые концентраторы напряжений отрицательно влияют на сварные швы. Поэтому, необходимо проводить их поверхностную обработку и уделять внимание геометрии сварного шва.

Высокотемпературные трещины отпуска

Такой тип трещин появляется из-за перегрева зоны термического влияния, имеющей крупнозернистую структуру. Причина возникновения высокотемпературных трещин отпуска связана с отпускной хрупкостью стали.

Большое влияние на их формирование оказывает химический состав стали и раскисление металла при сварке. К примеру, при небольшом увеличении содержания меди и сурьмы, риск развития высокотемпературных отпускных трещин увеличивается, а при увеличении олова в составе - снижается.

Раскисление алюминием, если его содержание превышает 0,035%, оказывается неблагоприятным, а раскисление титаном - благоприятным.

При увеличении суммарного содержания фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка с 0,5% до 1,3%, а также при увеличении размеров зерна, возрастает риск появления высокотемпературных трещин.

Ванадий и хром, при их содержании более 2%, в низколегированных сталях, оказывает отрицательное влияние. Влияние молибдена и никеля является, положительным, хотя по этому вопросу нет единого мнения.

Оценку склонности сварного соединении к образованию высокотемпературных отпускных трещин можно определить по формулам исследователей Накамуры и Ито:

G=Cr+3,3Mo+8,1V+10C-2 - формула Накамуры;
PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb-5Ti-2 - формула Ито;

В случае, если величины G и PSR получились положительные, сталь считается склонной к появлению трещин при отпуске.

Кроме влияния легирующих элементов на свариваемость, большое значение имеет и сама технология сварки, а именно, время охлаждения. Чем больше время охлаждения, тем выше склонность металла к образованию трещин отпуска.

Трещины отпуска подваликовые

Отпускные трещины такого типа формируются в процессе наплавки низколегированных сталей ленточными аустенитными электродами. Как правило, это сварка под флюсом.

Такие трещины - это межкристаллитное разрушение в зоне перегрева, которая подвержена тепловому воздействию наплавки следующего слоя.

Возникновения подобных трещин можно избежать, нормализуя зону перегрева. Сделать это можно при выполнении двухслойной наплавки. При такой технологии первую наплавку производят при пониженной мощности, а вторую, наоборот, при повышенной для расширения зоны нормализации. Также, область перегрева можно нормализовать индукционным поверхностным нагревом.

Кроме того, исключить появление подваликовых трещин отпуска возможно, если вместо первого, аустенитного слоя, использовать ферритный.

Дополнительные материалы по теме: