Холодные трещины при сварке

При соединении металлов методом сваривания, сварной шов и прилегающие к нему зоны вовлекаются в сложные термические процессы. В этих местах могут образоваться холодные трещины после сварки. Они могут проявиться как в самом сварном шве, так и в зонах, примыкающих к нему.

Здесь говорится о холодных трещинах, которые получили такое название в связи с тем, что их возникновение происходит при относительно низких температурах. Это температуры ниже 120 Со. Это могут быть комнатные температуры и даже отрицательные.

Такие дефекты в металлах возникают в различных зонах сварного соединения и имеют различную геометрию. Наиболее часто встречаются следующие виды:

  • одиночные трещины вдоль оси шва;
  • трещины в зоне сплавления;
  • многочисленные поперечные трещины.

Знание видов трещин поможет нам разобраться в их сущности, но более важным является вопрос о причинах их возникновения.

Причины образования

Над вопросом о причинах образования разрушений такого вида работают институты, и изложить его в полной мере в этой статье невозможно. Но есть основные процессы, влияющие на вероятность образования холодных трещин в процессе остывания сварочного шва:

  • низкая деформационная способность свариваемых металлов;
  • накопление пластических деформаций в процессе остывания;
  • неравномерность охлаждения и фазовых превращений;
  • наличие водорода, растворенного в околошовной зоне.

Интересной особенностью холодных трещин является возможность их образования спустя несколько суток после образования шва. Такая отсрочка разрушения связана с суммированием собственных (сварочных) напряжений в металле с напряжениями от внешних сил, приложенных к конструкции.

Если сумма этих усилий превосходит определенную граничную величину, то в уже остывшем металле продолжаются микроскопические разрушения на уровне границ отдельных зерен металла. Сдвиги вдоль границ металла приводят к еще большим напряжениям. В дальнейшем концентрация этих напряжений, на фоне ослабленных границ, вызывает образование холодных трещин.

Известная способность водорода диффундировать в металлы, накапливаясь там, в значительных количествах, помогает создавать зоны неравномерных физико-химических свойств, как в самом шве, так и в соседних слоях металла. Эти неравномерности создают дополнительные предпосылки для возникновения деформаций и дефектов соединения.

Контроль сварных швов

Появившиеся в местах сварки визуально определяемые холодные трещины не могут быть оставлены без внимания и применения к ним специальных методов, направленных на их устранения и усиление сварных соединений. Но большую опасность представляет собой появление холодных трещин в глубине металла. Их не видно и как будто бы нет, но они сильно ослабляют шов, создавая опасность его разрушения.

Для борьбы с этим явлением ученые и конструкторы разработали целый ряд методов контроля сварных соединений:

  • радиационная дефектоскопия;
  • магнитный контроль;
  • ультразвуковая дефектоскопия;
  • капиллярная дефектоскопия;
  • контроль на проницаемость.

При радиационной дефектоскопии происходит процесс просвечивание соединения рентгеновскими или гамма-лучами с фиксацией изображения на специальных пластинах. Это самый надежный способ контроля, но, из-за дороговизны и опасности для здоровья, применяется только на самых ответственных изделиях.

Магнитный контроль осуществляется специальными источниками магнитного поля. Магнитный поток, созданный ними, направляется на соединение и искажается в местах с неравномерной плотностью. Результат фиксируется либо с помощью магнитного порошка, либо с помощью специальной магнитной ленты. Метод очень специфический и используется крайне редко.

Ультразвуковая дефектоскопия очень удобный, недорогой и широко используемый метод. Ультразвук, создаваемый специальным удобным и компактным прибором, направляется на шов и отражается от границ разных сред. Отраженный сигнал принимается датчиком и отображается на приборном дисплее. Этот метод мог бы стать универсальным, если бы не некоторые ограничения по списку контролируемых металлов.

Как избежать появления холодных трещин

Методы борьбы всегда органично вытекают из условий образования. Для того чтобы воспрепятствовать образованию холодных трещин в сварных швах, необходимо: во-первых, устранить факторы, способствующие закалке металла при сварных работах; во-вторых, добиться максимального снижения содержания водорода в металле шва и околошовной зоне; в-третьих, обеспечить равномерное охлаждение шва.

Как показывает практика, учет перечисленных выше особенностей и соблюдение рекомендаций по проведению тех или иных сварочных работ, позволяют соединять широкий спектр металлов швами высочайшего качества.