Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Трещины сварных швов — наиболее опасная группа дефектов, отнесённая к первому классу по ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012. В отличие от пор или неметаллических включений, трещина представляет собой острый концентратор напряжений, который при эксплуатационных нагрузках распространяется в толщу металла и приводит к хрупкому разрушению конструкции без предупреждения. Понимание видов трещин, механизмов их образования и методов предотвращения — обязательная часть квалификации любого сварочного технолога и специалиста по контролю качества.
Действующий российский стандарт ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 «Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением» введён в действие с 01.01.2014 и идентичен международному стандарту ISO 6520-1:2007. В государствах — членах СНГ параллельно применяется межгосударственный стандарт ГОСТ 30242-97. Группа 1 — трещины: они обозначаются трёхзначными кодами (100–106) и фиксируются в протоколах НК и сварочных картах (WPS).
По температурному диапазону образования все трещины делятся на два принципиально разных класса: горячие (высокотемпературные, кристаллизационные) и холодные (низкотемпературные, водородные). Каждый класс имеет собственный механизм, факторы риска и методы предотвращения — подходы к ним не взаимозаменяемы. Отдельно выделяют ламелярный разрыв как специфический вид разрушения прокатного металла в зоне термического влияния.
Горячие (кристаллизационные) трещины образуются при высоких температурах — в процессе кристаллизации и раннего охлаждения металла шва, как правило, выше 1100–1200°C. Механизм заключается в следующем: кристаллизующиеся дендриты аустенита разделены тонкими плёнками легкоплавких эвтектик (сульфидов, фосфидов), которые не воспринимают усадочные напряжения. При охлаждении эти плёнки разрываются, образуя трещину по границам зёрен.
Горячие трещины имеют межзёренный (интергранулярный) характер разрушения — излом идёт строго по границам аустенитных зёрен, огибая их. Поверхность разрыва окрашена в жёлто-синие тона побежалости из-за высокотемпературного окисления. Именно этот признак позволяет отличить горячие трещины от холодных при визуальном и металлографическом контроле.
Холодные (водородные) трещины образуются при температурах ниже 300°C, нередко — через несколько часов или суток после завершения сварки. Из-за этой задержки их называют также замедленными трещинами (delayed cracking, hydrogen-induced cracking — HIC). По ISO 6520-1 они обозначаются дополнительным буквенным кодом «Eh» в Приложении А и имеют транскристаллитный или смешанный характер излома без следов высокотемпературного окисления на поверхности.
Для образования холодной трещины необходимо одновременное присутствие трёх факторов: диффузионного водорода в металле шва и ЗТВ, чувствительной к водородному охрупчиванию микроструктуры (мартенсит, нижний бейнит) и достаточных растягивающих напряжений. Устранение хотя бы одного фактора предотвращает трещинообразование — этим определяется вся стратегия борьбы с холодными трещинами.
Склонность стали к образованию закалочных структур (мартенсита, нижнего бейнита) при охлаждении после сварки оценивается через углеродный эквивалент CE. Наиболее распространённая формула МИС (IIW), закреплённая в EN 1011-2, Annex C, метод A:
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15
Область применения: углеродисто-марганцовистые и низколегированные стали; диапазон C = 0,05–0,25%; Mn до 1,7%; Cr до 0,9%.
Интерпретация (по EN 1011-2 и рекомендациям IIW):
CE до 0,40% — хорошая свариваемость; при умеренных толщинах и низководородных электродах подогрев, как правило, не требуется. CE 0,41–0,60% — умеренная чувствительность; подогрев может быть необходим в зависимости от толщины металла, жёсткости узла и содержания водорода. CE свыше 0,60% — высокая склонность к образованию мартенсита; подогрев и низководородные электроды обязательны во всех случаях.
Для современных высокопрочных низколегированных сталей (ВСНС) с пониженным содержанием углерода (C ниже 0,12%) применяют параметр Pcm (формула Ито–Бессё, Japan Welding Engineering Society):
Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B
Критическое значение Pcm по стандарту — около 0,25%, при превышении которого требуются меры по снижению содержания водорода и предварительный подогрев.
Ламелярный разрыв (lamellar tearing) — специфический вид разрушения в основном металле или ЗТВ, характерный для прокатного металла с анизотропией пластических свойств по толщине (z-направление). Причина — слоистые неметаллические включения (прежде всего сульфиды), вытянутые вдоль направления прокатки. При сварке тавровых, нахлёсточных и угловых соединений с поперечным нагружением эти включения становятся инициаторами ступенчатого разрыва. В ISO 6520-1 ламелярный разрыв обозначается буквенным кодом «Ei» в справочном Приложении А; отдельного трёхзначного числового кода он не имеет.
Риск ламелярного разрыва оценивается по испытанию на относительное сужение в z-направлении (ψZ). Для конструкций с высоким риском применяют прокат по EN 10164 с гарантированными значениями ψZ: класс Z15 — не менее 15%, класс Z25 — не менее 25%, класс Z35 — не менее 35%. Кроме того, снижение содержания серы в стали до 0,005% и ниже существенно уменьшает протяжённость сульфидных включений и риск ламелярного разрыва.
Холодные трещины в ЗТВ (с дополнительным обозначением «Eh» в Приложении А ISO 6520-1) — наиболее распространённый вид замедленного растрескивания при сварке легированных и высокопрочных сталей. Они локализуются в зоне перегрева ЗТВ, где зёрна аустенита наиболее крупные и пластичность мартенситной структуры минимальна. Трещины ориентированы поперёк шва или под углом. Визуальным контролем они, как правило, не обнаруживаются — выявляются методами НК: ультразвуковым контролем по ГОСТ ISO 17640, магнитопорошковым или капиллярным методами.
Обнаруженные трещины не допускаются к эксплуатации и подлежат обязательному ремонту. Порядок ремонта регламентируется технологической документацией на конкретный объект и применимым стандартом (ГОСТ Р ISO 15614, ASME IX, EN ISO 15613). Общая последовательность действий:
Трещины сварных швов по ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 / ISO 6520-1 относятся к первой — наиболее критичной — группе дефектов и не допускаются к эксплуатации ни при каких условиях. Горячие трещины образуются при кристаллизации выше 1100–1200°C вследствие легкоплавкой эвтектики Fe-FeS (~988°C) и других легкоплавких соединений серы и фосфора: их предотвращают выбором чистых присадочных материалов, оптимизацией формы шва (ширина/глубина не менее 1,5) и обязательной заваркой кратера. Холодные (водородные) трещины образуются ниже 300°C и требуют устранения трёх факторов одновременно: прокалённых низководородных электродов класса H5 или H10, предварительного подогрева при CE более 0,40–0,45% с расчётом по EN 1011-2, тщательной очистки поверхности. Ламелярный разрыв предотвращается применением Z-стали по EN 10164 и ограничением содержания серы до уровня 0,005%. Ремонт любой трещины допускается только после полной механической выборки с подтверждением методами НК.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.