ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизационные трещины в металле шва из "Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением " Кристаллизационными трещинами называют макроскопические и микроскопические несплошности, имеющие характер надреза и зарождающиеся в процессе первичной кристаллизации металла шва. Эти трещины могут затем развиваться при остывании металла в твердом состоянии. Характерной особенностью кристаллизационных трещин является межкристаллический вид разрушения. Они тесно связаны с первичной структурой металла шва и расположены вдоль направления роста столбчатых кристаллитов. [c.224] В зависимости от ориентации по отношению к оси шва кристаллизационные трещины бывают продольными и поперечными (рис. 6-1, а, б). Продольные трещины могут располагаться по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между со-седнилш кристаллитами, поперечные трещины — между соседними кристаллитами. Иногда наблюдаются дефекты, являющиеся комбинацией продольных и поперечных трещин (рис. 6-1, в). [c.224] При дуговой сварке кристаллизационные трещины выходят (рис. 6-2, а) или не выходят (рис. 6-2, б) на поверхность шва. При электрошлаковой сварке трещины образуются, как правило, в середине сечения шва и не выходят на его поверхность (рис. 6-3, а, б). Поверхности трещин, выходящих наружу шва, обычно окрашены в цвета побежалости, так как покрыты тонкой пленкой окислов (рис. 6-4, а). Поверхность не выходящих наружу трещин имеет серо-белый цвет без металлического блеска (рис. 6-4, б), что обусловлено отсутствием окисляющего действия воздуха на металл. [c.225] Трещины, выходящие на поверхность шва, обнаруживаются при внешнем осмотре и с помощью магнитного порошка. Трещины, не выходящие на поверхность шва, обнаруживаются просвечиванием швов рентгеновскими или гамма-лучами, проверкой швов ультразвуком, при разрушении шва по его излому или по макро-и микрошлифам. [c.225] Трещины в подавляющем большинстве случаев являются недопустимым дефектом, так как могут послужить причиной (очагом) хрупкого, усталостного и коррозионного разрушения конструкции или детали в процессе изготовления, а также эксплуатации. Кристаллизационные трещины являются одним из основных видов брака при сварке. [c.225] Таким образом, стойкость металла шва против кристаллизационных трещин определяется рядом взаимосвязанных факторов. Основными из них являются величина температурного интервала хрупкости (чем шире этот интервал, тем больше вероятность образования трещин), пластичность металла в этом интервале и интенсивность нарастания пластических деформаций по мере снижения температуры металла (темп деформации). [c.228] При разработке технологии сварки принимают, что стойкость металла шва против кристаллизационных трещин (технологическая прочность металла шва) зависит от следующих факторов величины и скорости нарастания действующих в процессе кристаллизации металла шва растягивающих напряжений химического состава металла шва, определяющего свойства его в период кристаллизации и длительность пребывания в состоянии, характеризуемом пониженной пластичностью формы сварочной ванны, определяющей направление роста столбчатых кристаллитов, характер их смыкания между собой, расположение межкристаллитных участков по отношению к растягивающим напряжениям и характер изменения пластической деформации величины первичных кристаллитов. [c.228] Влияние растягивающих напряжений. В реальных условиях сварки практически невозможно полностью устранить влияние растягивающих напряжений на кристаллизующийся металл сварочной ванны. Поэтому задача сводится к уменьшению величины этих напряжений, к отдалению момента возрастания их до значения, которое может вызвать пластическую деформацию металла шва, приводящую к его разрушению. Это может быть достигнуто путем рационального конструирования узлов и элементов, уменьшения количества и сосредоточения швов, выбора оптимальной формы разделки кромок, устранения излишней жесткости узлов и других мер. [c.228] Уменьшение влияния растягивающих напряжений за счет технологических мер достигается путем предварительного подогрева, рационального порядка наложения швов и выбора способов и режимов сварки, обеспечивающих минимальную величину этих напряжений. Положительное влияние подогрева обусловлено отдалением момента возникновения растягивающих напряжений и снижением скорости их нарастания в период, когда металл шва обладает пониженной пластичностью. [c.228] При рациональном порядке наложения швов возможна сварка деталей с оптимальным их закреплением, что приводит к снижению растягивающих напряжений. На практике достаточно часто, особенно при сварке под флюсом низколегированных и среднелегированных сталей, наблюдается образование трещин в участках шва, непосредственно прилегающих к сборочным прихваткам, и у планок, служащих для вывода начала и конца шва за пределы соединения (рис. 6-6). [c.229] При расплавлении сборочной прихватки зазор между свариваемыми кромками стремится увеличиться, в результате чего создаются значительные растягивающие напряжения. Эти напряжения и приводят в некоторых случаях к образованию трещин в неуспевшем закристаллизоваться участке шва. Для устранения этого рекомендуется ставить прихватки со стороны, обратной наложению первого слоя (при двусторонней сварке), или уменьшать расстояние между прихватками. [c.229] ОТ расхождения. Радикальной мерой предотвращения таких трещин является надежное закрепление концов свариваемых деталей в приспособлении или увеличение жесткости выводных планок. [c.230] Влияние химического состава металла шва. Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Все элементы, входящие в состав металла шва, условно могут быть отнесены к трем основным группам. [c.230] Первая группа — элементы, присутствие которых снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Такие элементы принято называть вредными. Вторая группа — элементы, которые в зависимости от их сочетания и концентрации оказывают положительное (полезные примеси) или отрицательное (вредные примеси) влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. [c.230] Третья группа—элементы, присутствие которых не оказывает влияния на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. [c.230] Сера — вредная примесь. Повышение содержания серы в металле шва резко снижает его стойкость против кристаллизационных трещин. Сера практически нерастворима в твердом железе, а поэтому находится в швах на стали в виде неметаллических сульфидных включений. Непосредственной причиной образования кристаллизационных трещин от серы являются легкоплавкие сульфидные прослойки, располагающиеся по границам кристаллитов металла шва. Критическое содержание серы в шве,— т. е. ее содержание, выше которого наблюдается образование трещин, зависит от величины растягивающих напряжений, формы шва и его химического состава. [c.230] Для швов на углеродистых сталях наибольшее влияние на образование трещин кроме серы оказывают также углерод и марганец. На рис. 6-7 представлена зависимость между критическим содержанием серы и содержанием углерода и марганца в металле шва. [c.230] Сера переходит в металл шва из основного и дополнительного (присадочного) металлов и из материалов, входящих в состав электродного покрытия или флюса. Согласно действующим стандартам содержание серы в конструкционных сталях не должно превышать 0,05%, а обычно составляет 0,03—0,04%. Снижение содержания серы в стали в сравнении с этими количествами возможно, но связано с повышением стоимости выплавки стали. [c.231] Из экономических соображений целесообразнее снижать содержание серы в сварочных материалах, в частности в сварочной проволоке. ГОСТ 2246—70 ограничивает содержание серы в низкоуглеродистой и легированной сварочной проволоке в пределах 0,04—0,02%. В некоторых марках высоколегированной проволоки это ограничение составляет 0,015%. Жестко ограничено содержание серы в электродных покрытиях и сварочных флюсах. Значительный практический интерес представляет обессеривание сварочной ванны за счет применения специальных флюсов и покрытий, при которых достигается переход серы из металла сварочной ванны в шлак. [c.231] Фосфор часто оказывает вредное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и приводит к резкому снижению ударной вязкости металла, особенно при пониженных температурах. Интенсивность влияния фосфора на образование кристаллизационных трещин пропорциональна содержанию легкоплавких фосфорсодержащих включений на границах кристаллитов металла шва. Возможность образования таких включений тем больше, чем выше концентрация фосфора и ниже его растворимость в твердом металле. [c.231] Вернуться к основной статье