A hegesztési repedéseket természetüknél fogva melegrepedésekre, újramelegítési repedésekre, hidegrepedésekre, lemezszakadásokra stb. soroljuk. Az alábbiakban részletesen ismertetjük a különféle repedések okait, jellemzőit és megelőzésének módjait.
01
forró repedések
Magas hőmérsékleten fordul elő hegesztés közben, ezért forró repedésnek nevezik. Jellemzője az eredeti ausztenit szemcsehatár mentén történő repedés. A hegesztendő fém anyagától függően (alacsony ötvözetű nagyszilárdságú acél, rozsdamentes acél, öntöttvas, alumíniumötvözet és néhány speciális fém stb.) a forró repedések alakja, hőmérséklet-tartománya és fő okai is eltérőek. Jelenleg a termikus repedéseket három kategóriába sorolják: kristályrepedések, cseppfolyósodási repedések és többoldali repedések.
kép
(1) Kristályrepedések
Főleg szénacél és gyengén ötvözött acél, több szennyeződést (magas S, P, C, Si tartalmú) és egyfázisú ausztenites acél, nikkel alapú ötvözetek és néhány alumíniumötvözet hegesztési varratnál fordul elő. Ez a fajta repedés a hegesztési kristályosodási folyamat során, a szoliduszvonal közelében keletkezik. A megszilárdult fém zsugorodása miatt a maradék folyékony fém nem elegendő, és nem tölthető be időben. A szemcseközi repedés feszültség hatására következik be.
Megelőző és ellenőrző intézkedések a következők: kohászati tényezők szempontjából a hegesztési varrat összetételének megfelelő beállítása, a rideg hőmérsékleti zóna tartományának lerövidítése, a káros szennyeződések, például kén, foszfor és szén tartalmának szabályozása a varratban; finomítsa a varratfém elsődleges szemcséit, azaz megfelelő módon adjon hozzá Mo , V, Ti, Nb és egyéb elemeket; technológiailag megelőzhető hegesztés előtti előmelegítéssel, vezetékenergia szabályozásával, ízületi visszatartás csökkentésével stb.
(2) Cseppfolyósodási repedések a varrat területén
Ez egyfajta mikrorepedés, amely az ausztenit szemcsehatár mentén megreped. Mérete nagyon kicsi, és a HAZ-ban a varrat közelében vagy a rétegek között fordul elő. Kialakulása általában abból adódik, hogy a varratközeli területen vagy a hegesztés során a hegesztési varratok között lévő fém az ezeken a területeken az ausztenit szemcsehatárain lévő alacsony olvadáspontú eutektikus összetételt magas hőmérsékleten újraolvasztja. A húzófeszültség hatására az alacsony olvadáspontú eutektikus összetételű ausztenit szemcseközi repedések cseppfolyósodási repedéseket képeznek.
Az ilyen típusú repedések megelőzésére és ellenőrzésére vonatkozó intézkedések alapvetően megegyeznek a kristályrepedésekre vonatkozó intézkedésekkel. Különösen a kohászatban nagyon hatékony az alacsony olvadáspontú eutektikus elemek, például a kén, foszfor, szilícium és bór tartalmának lehető legnagyobb mértékű csökkentése; technológiai szempontból csökkentheti a vezeték energiáját és csökkentheti a fúziós vezeték homorúságát az olvadt medencében.
(3) Sokszögű repedések
Ennek oka az alacsony plaszticitás magas hőmérsékleten a sokszögek kialakulása során. Ez a fajta repedés nem gyakori, és a megelőzési és ellenőrzési intézkedései magukban foglalhatják olyan elemek hozzáadását a hegesztéshez, mint a Mo, W, Ti stb., hogy növeljék a többoldalú gerjesztési energiát.
02
repedés újramelegítése
Általában bizonyos acéltípusokban és csapadékerősítő elemeket tartalmazó magas hőmérsékletű ötvözetekben fordul elő (beleértve az alacsony ötvözetű nagyszilárdságú acélokat, a perlit hőálló acélokat, a csapadékkal szilárdított magas hőmérsékletű ötvözetek és egyes ausztenites rozsdamentes acélok). Hegesztés után repedést nem találtak. Ehelyett repedések keletkeztek a hőkezelési folyamat során. A hegesztési hőhatás zóna túlhevült durvaszemcsés részein újrahevítési repedések keletkeznek, amelyek iránya a fúziós vonal ausztenit durvaszemcsés szemcsehatárai mentén tágul.
Anyagválasztás szempontjából az újramelegítési repedések elkerülése érdekében finomszemcsés acél használható. Technológiai szempontból használjon kisebb lineáris energiát, alkalmazzon magasabb előmelegítési hőmérsékletet és utólagos fűtési intézkedéseket, és használjon alacsonyan illeszkedő hegesztőanyagokat a feszültségkoncentráció elkerülése érdekében.
03
hideg repedés
Főleg a magas és közepes széntartalmú acélok, az alacsony és közepesen ötvözött acélok hegesztési hőhatás zónájában fordul elő, de néha hidegrepedések is előfordulnak egyes fémeknél, például egyes ultranagy szilárdságú acéloknál, titánnál és titánötvözeteknél a hegesztési varratokban. Általánosságban elmondható, hogy az acéltípus keményedési hajlama, a hegesztett kötés hidrogéntartalma és eloszlása, valamint a kötés visszatartó feszültségi állapota az a három fő tényező, amely a nagy szilárdságú acélok hegesztése során hidegrepedéseket okoz. A hidrogénelem és a húzófeszültség hatására a hegesztés után kialakult martenzit szerkezet hideg repedéseket képez. Kialakulása általában transzgranuláris vagy intergranuláris. A hideg repedéseket általában hegesztési lábujj-repedésekre, hegesztési varratperemrepedésekre és gyökérrepedésekre osztják.
A hidegrepedések megelőzése és ellenőrzése három szempontból indulhat ki: a munkadarab kémiai összetételétől, a hegesztési anyagok megválasztásától és a folyamatintézkedésektől. Amennyire csak lehetséges, alacsonyabb szén-dioxid-egyenértékû anyagokat kell használni; hegesztőanyagként alacsony hidrogéntartalmú elektródákat, hegesztéseknél pedig kis szilárdságú illesztést kell alkalmazni. Az ausztenites hegesztőanyagok nagy hidegrepedési hajlamú anyagokhoz is használhatók; a lineáris energiát, az elő- és utófűtést ésszerűen szabályozni kell. A hőkezelés egy folyamatintézkedés a hidegrepedés megelőzésére.
A hegesztési gyártás során a különböző acéltípusok és a felhasznált hegesztési anyagok, a szerkezet típusa és merevsége, valamint a sajátos építési feltételek miatt a hidegrepedések különféle formái előfordulhatnak. A késleltetett repedés azonban főként a gyártás során fordul elő.
A késleltetett repedés három formában jelentkezik:
(1) Hegesztési orr repedés – Ez a fajta repedés az alapfém és a varrat közötti határfelületről származik, és nyilvánvaló feszültségkoncentrációs helyekkel rendelkezik. A repedés iránya gyakran párhuzamos a hegesztési varrattal, és általában a hegesztési varrat felületétől kezdődik, és az alapfém mélységéig terjed.
(2) Repedések a varratperem alatt – Ez a fajta repedés gyakran előfordul a hegesztési hőhatás által érintett zónában, nagy keményedési hajlam és magas hidrogéntartalom mellett. Általában a repedés iránya párhuzamos a fúziós vonallal.
(3) Gyökérrepedés – ez a típusú repedés a késleltetett repedés gyakori formája, amely főleg magas hidrogéntartalom és nem megfelelő előmelegítési hőmérséklet esetén fordul elő. Ez a fajta repedés hasonló a hegesztési lábujj repedéséhez, és a hegesztési varrat gyökeréből származik, ahol a legnagyobb a feszültségkoncentráció. Gyökérrepedések keletkezhetnek a hőhatászóna durva szemcsés szegmensében vagy a hegesztési fémben.
Az acéltípus keményedési hajlama, a hegesztett kötés hidrogéntartalma és eloszlása, valamint a kötés visszatartó feszültségi állapota az a három fő tényező, amely a nagy szilárdságú acélok hegesztése során hidegrepedéseket okoz. Ez a három tényező összefügg egymással, és bizonyos feltételek mellett kölcsönösen erősítik egymást.
Az acéltípusok keményedési hajlamát elsősorban a kémiai összetétel, a lemezvastagság, a hegesztési folyamat és a hűtési feltételek határozzák meg. Hegesztéskor minél nagyobb az acélfajta keményedési hajlama, annál könnyebben keletkeznek repedések. Miért reped meg az acél az edzés után? A következő két aspektusban foglalható össze:
(1) Törékeny és kemény martenzit szerkezet kialakulása - a martenzit a szén túltelített szilárd oldata ɑ vasban. A szénatomok intersticiális atomokként léteznek a kristályrácsban, aminek következtében a vasatomok eltérnek az egyensúlyi helyzettől és a kristályrács megváltozik. A nagy torzulás következtében a szövet megkeményedett. Különösen hegesztési körülmények között a hegesztési hőmérséklet a varrat közelében nagyon magas, ami az ausztenitszemcsék komoly növekedését okozza. Ha gyorsan lehűtik, a durva ausztenit durva martenzitté alakul. A fémek szilárdságelméletéből ismert, hogy a martenzit rideg és kemény szerkezet, amely törés esetén kevesebb energiát fogyaszt. Ezért, ha martenzit van a hegesztett kötésben, könnyen kialakulhatnak és tágulnak repedések.
(2) A keményedés több rácshibát hoz létre – a fém nagyszámú rácshibát hoz létre termikus egyensúlyhiány esetén. Ezek a rácshibák főként üresedések és diszlokációk. Ahogy a hegesztési hőhatás zónában a termikus igénybevétel növekszik, az üresedések és a diszlokációk feszültség és hőkiegyensúlyozatlanság körülményei között mozognak és gyűlnek. Amikor koncentrációjuk elér egy bizonyos kritikus értéket, repedésforrások képződnek. A folyamatos feszültség hatására a makroszkopikus repedések tovább tágulnak és képződnek.
A hidrogén az egyik fontos tényező, amely hidegrepedéseket okoz nagyszilárdságú acélok hegesztésénél, és késleltetett jellemzőkkel rendelkezik. Ezért a hidrogén által okozott késleltetett repedéseket sok dokumentumban "hidrogén okozta repedésnek" nevezik. Kísérleti vizsgálatok bebizonyították, hogy minél nagyobb a hidrogéntartalom a nagy szilárdságú acél hegesztett kötésekben, annál nagyobb a repedésérzékenység. Amikor egy helyi területen a hidrogéntartalom elér egy bizonyos kritikus értéket, repedések jelennek meg. Ezt az értéket nevezik a repedésképződés kritikus értékének. Hidrogéntartalom [H]cr.
A hidegrepedés [H]cr értéke különböző acélokban eltérő, és összefügg az acél kémiai összetételével, az acél szilárdságával, előmelegítési hőmérsékletével és hűtési körülményeivel.
(1) A hegesztés során a hegesztőanyagban lévő nedvesség, a rozsda, a varrat hornyánál lévő olajfoltok és a környezeti páratartalom mind a hidrogénben gazdag varratok okai. Normál körülmények között az alapfémben és a hegesztőhuzalban nagyon kicsi a hidrogén mennyisége, de az elektródabevonat nedvességtartalmát és a levegő nedvességét nem lehet figyelmen kívül hagyni, ez a hidrogénezés fő forrásává válik.
(2) A hidrogén oldódási és diffúziós képessége különböző fémszerkezetekben eltérő. A hidrogén oldhatósága az ausztenitben sokkal nagyobb, mint a ferritben. Ezért a hegesztés során az ausztenitről a ferritre való átmenet során a hidrogén oldhatósága hirtelen csökken. Ugyanakkor a hidrogén diffúziós sebessége éppen az ellenkezője, hirtelen megnövekszik, amikor ausztenitből ferritté alakul.
A hegesztés során magas hőmérséklet hatására nagy mennyiségű hidrogén oldódik fel az olvadt medencében. Az ezt követő hűtési és megszilárdulási folyamat során az oldhatóság meredek csökkenése miatt a hidrogén a lehető legnagyobb mértékben távozik, de a gyors lehűlés miatt a hidrogénnek nem lesz ideje kilépni. A hegesztési fémben marad, és diffúz hidrogént képez.
04
Lamellás szakadás
Ez egy belső alacsony hőmérsékletű repedés. A vastag lemezek nem nemesfém vagy hegesztési hő által érintett zónájára korlátozódik, és többnyire "L", "T" és "+" típusú kötésekben fordul elő. Ez egy lépcsőszerű hidegrepedés, amely az alapanyagban keletkezik, mert a hengerelt vastag acéllemez vastagsági irányú plaszticitása nem elegendő ahhoz, hogy elviselje a hegesztési zsugorodási igénybevételt ebben az irányban. Általában azért, mert a vastag acéllemezek hengerlési folyamata során az acél egyes nemfémes zárványai a hengerlési iránnyal párhuzamosan szalag alakú zárványokká hengerelődnek. Ezek a zárványok anizotróp vezetőképességet okoznak az acéllemez mechanikai tulajdonságaiban. A lamellás szakadás elkerülése érdekében az anyagválasztásnál finomított acélt, azaz nagy z irányú teljesítményű acéllemezeket használhat. Javíthatja a kötés kialakítását is, hogy elkerülje az egyoldali hegesztéseket, vagy hornyokat készítsen a z irányú feszültséget viselő oldalon.
A lamelláris szakadás különbözik a hideg repedéstől. Előfordulásának semmi köze az acéltípus szilárdsági szintjéhez, hanem főként az acélban lévő zárvány mennyiségével és eloszlási alakjával függ össze. Általában a hengerelt vastag acéllemezeknél, például alacsony széntartalmú acélnál, alacsony ötvözetű, nagy szilárdságú acélnál és még alumíniumötvözet lemezeknél is előfordulhatnak lamellás szakadások. A lamelláris szakadások elhelyezkedésük szerint nagyjából három kategóriába sorolhatók:
Az első típus a hegesztési hőhatás zónában a hegesztési szár hideg repedései által kiváltott lamellás szakadás.
A második típus a zárványrepedés a hegesztési hő által érintett zóna mentén, amely a mérnöki ágban a leggyakoribb lemezszakadás.
A harmadik típusú zárványrepedések az alapfémben a hőhatászónától távol, általában vastag lemezszerkezetekben fordulnak elő, ahol több MnS pelyhes zárvány található.
kép
A lamelláris szakadás formája szorosan összefügg a zárványok típusával, alakjával, eloszlásával és elhelyezkedésével. Ha a gördülési irány mentén a pelyhes MnS zárványok dominálnak, akkor a lamelláris szakadás tiszta lépcsős alakú, ha szilikát zárványok dominálnak, akkor lineáris, ha pedig Al zárványok dominálnak, akkor szabálytalan. Lépett.
Vastag lemezszerkezetek, különösen T-alakú és sarokkötések merev kötöttség melletti hegesztésekor a varrat zsugorodása nagy húzófeszültséget és alakváltozást okoz az alapfém vastagságának irányában. Ha az alakváltozás meghaladja az alapfém plaszticitását, Ha a deformációs képesség fellép, a zárványok és a fémmátrix szétválnak, és mikrorepedések keletkeznek. A folyamatos feszültség hatására a repedéscsúcsok kitágulnak azon a síkon, ahol a zárványok találhatók, és egy úgynevezett "platformot" alkotnak.
Számos tényező befolyásolja a lamelláris szakadást, elsősorban a következő szempontokat:
(1) A nemfémes zárványok típusa, mennyisége és elterjedési formája a lemezszakadás alapvető oka. Ez az alapvető oka az acél anizotrópiájának és mechanikai tulajdonságainak.
(2) Z irányú visszatartó feszültség
A vastagfalú hegesztett szerkezetek különböző Z irányú visszatartó feszültségeket, hegesztés utáni maradó feszültségeket és terheléseket viselnek el a hegesztési folyamat során, amelyek a lemezszakadást okozó mechanikai körülmények.
(3) A hidrogén hatása
Általában úgy gondolják, hogy a hidrogén fontos befolyásoló tényező a hidegrepedés által kiváltott lemezszakadásban a hőhatászóna közelében.
Mivel a lemezszakadásnak nagy hatása van, és a veszélyek nagyon komolyak, az építés előtt meg kell ítélni az acél lamellás szakadásra való érzékenységét.
Az általánosan használt értékelési módszerek közé tartozik a Z-irányú húzófelület-zsugorodás és a csap Z-irányú kritikus igénybevétel módszere. A lamelláris szakadás elkerülése érdekében a terület zsugorodása nem lehet kevesebb, mint 15%. Általában 15-20% várható. Amikor 25%, a lamellák szakadásállósága kiválónak tekinthető.
A lamellák szakadásának megelőzése érdekében elsősorban a következő szempontokból kell intézkedéseket tenni:
(1) Finomított acél
Az olvadt vas korai kéntelenítésének és a vákuum-gáztalanításnak a módszere széles körben alkalmazható ultraalacsony kéntartalmú acél olvasztására, amelynek kéntartalma mindössze 0.003~0,005%, és metszetzsugorodása (Z) irány) elérheti a 23-25%-ot.
(2) Szabályozza a szulfidzárványok formáját
Az MnS-t más elemek szulfidjává alakítja, ami megnehezíti a megnyúlását a meleghengerlés során, ezáltal csökkenti az anizotrópiát. A jelenleg széles körben használt adalékanyagok a kalcium és a ritkaföldfém elemek. A fentiek szerint kezelt acélból 50-70%-os Z-irányú területzsugorodású lemezes szakadásálló acéllemezek készíthetők.
(3) A lamellás szakadás megelőzése szempontjából a tervezési és kivitelezési folyamat elsősorban a Z irányú feszültség és feszültségkoncentráció elkerülésére irányul. A konkrét intézkedések a következők:
1) Az egyoldali hegesztéseket lehetőleg kerülni kell. Ehelyett kétoldali hegesztések alkalmazása enyhítheti a feszültséget a varrat gyökérzónájában, és megakadályozza a feszültségkoncentrációt.
2) Használjon szimmetrikus sarokvarratokat kis mennyiségű hegesztéssel a nagy hegesztésű teljes áthatolású varratok helyett, hogy elkerülje a túlzott feszültséget.
3) A Z irányú feszültséget viselő oldalon ferde levágást kell készíteni.
4) T-alakú kötéseknél a vízszintes lemezre egy kis szilárdságú hegesztőanyag réteget lehet előhegeszteni, hogy megakadályozzuk a hegesztési gyökérrepedéseket és enyhítsük a hegesztési feszültséget.
5) A hidegrepedés okozta lemezszakadás megelőzése érdekében a hidegrepedés megelőzésére a lehető legnagyobb mértékben meg kell tenni bizonyos intézkedéseket, például a hidrogén mennyiségének csökkentését, az előmelegítés megfelelő növelését, a rétegközi hőmérséklet szabályozását stb.
