Холодные трещины: виды, причины образования, как избежать

Холодные трещины - это серьезный дефект сварочного процесса. Называются они так потому, что образуются после остывания соединенных листов материала ниже температуры 200 или 250 град С. Возникают они непосредственно на шве или на заготовке, в зоне термического влияния. На вид представляют собой изломы металла, с характерным отблеском, без признаков окисления при высокой температуре.

Разновидности

Холодные трещины могут быть внутренними или наружными. А также:

• Продольные по шву (отрыв).
• То же, на металле, в термической зоне (откол).
• Поперечные, на шве или металле (частокол).

При выполнении сложных соединений, подобные дефекты возникают между швами, на стыке между металлом термической зоны и швом или под валиком, внизу соединения.

Почему появляются холодные трещины?

Трещины на шве и в термозоне после остывания металла чаще всего возникают при обработке легированных и высокоуглеродистых сталей. А также сплавов на основе алюминия или титана. Непосредственными причинами являются следующие факторы:

• Заготовки и шов по своей структуре подвержены влиянию водорода «Н». Это относится к закаливающимся сталям.
• Из шва в зону сварки попадает относительно много водорода.
• В теле шва, после его охлаждения, возникает растягивающее напряжение.

Исходя из сказанного выше, было установлено, что холодные трещины появляются, прежде всего, из-за влияния водорода. Его молекулы попадают в сварочную зону из воздуха, флюса, обмазки электрода или из защитного газа. Источником «Н» может быть и грязная заготовка. Поэтому, перед работой, с кромок металла надо обязательно удалять ржавчину.

Процесс образования холодных трещин

Когда сваренный металл остывает, в месте горячего соединения появляются растягивающие напряжения. Это связано с тем, что понижение температуры любого материала сопровождается его уменьшением в размерах. Пластическая деформация приводит к тому, что молекулярные связи не выдерживают усилия на разрыв и разрушаются. Чем меньше «холодная» пластичность стали, тем больше вероятность их образования.

Если в рабочую зону проникает водород, материал становится более хрупким, его подверженность растрескиванию возрастает еще сильнее. Атомы данного газа небольшие и потому обладают способностью перемещения по кристаллической решетке металла, как в горячем его состоянии, так и в холодном. В процессе горячего соединения, водород накапливается в теле сварного шва. При остывании, он старается проникнуть на участки с меньшей концентрацией «Н», т.е., в зону термического влияния. Часть газа уходит в атмосферу.

Если качество шва проверяется вскоре после окончания сварки, то влияние «Н» можно считать временным и незначительным. Но дело осложняется, если остывшая рабочая зона испытывается на пластичность. Трещины могут появиться даже при небольшом изгибе. Причина заключается в наличии пор и включении шлаковых частиц. В них устремляются атомы водорода, из которых формируются молекулы «Н2». Последние – намного менее подвижны. Одновременно повышается давление, из-за которого появляются поры с металлическим отблеском.

Если из-за атомов водорода образуются холодные трещины, то такое влияние называют постоянным. Атомы соединяются в молекулы и давление газа нарастает из-за непрекращающейся диффузии «Н». После сварки стальных заготовок может пройти несколько суток, прежде чем материал начнет разрушаться. Для титана – несколько десятков суток.

Давление действует только на внутренние пустоты. Ему подвергаются участки структурных изменений, образовавшиеся из-за перегрева металла. Это происходит, когда у быстро охлаждающихся закаленных сталей образуется мартенсит. Уровень хрупкости зависит от технологии горячего соединения и химического состава материала. Пограничные области структурных зерен могут повреждаться и по иным причинам, без водорода. Например, вследствие выпадения из твердой фазы растворенных карбидов и сульфитов.

Как не допустить возникновение холодных трещин

Для того, чтобы снизить вероятность появления растягивающих напряжений, можно перед сваркой нагреть заготовки. Или позаботиться о том, чтобы раскаленный металл остывал с меньшей скоростью. В промышленных условиях, вместо нагрева, сжимают вместе заготовки, при повышенной температуре. В результате, напряжения на разрыв не появляются – даже если материал остывает как обычно быстро.

Чтобы снизить содержание «Н» внутри шва и зоны термического влияния, поступают следующим образом:

• Электроды и флюс помещают в печь и прокаливают в течение нескольких часов при температуре от 300 до 350 град С.
• Не желательно использовать присадочную проволоку, травленую HCl (соляной кислотой).
• Чтобы удалить водород из металла после сварки, рабочую зону нагревают до температуры 100-200 град С. После чего – выдерживают от полчаса до нескольких часов в этом состоянии. Точное время зависит от толщины материала и его химического состава. Для особо прочной стали – полчаса-час при 100-150 град С. Если толщина заготовок превышает 4 см, то время выдержки должно быть в диапазоне от 4 до 5 часов. Толстые листы (свыше 20 см) варят с перерывами, во время которых дополнительно нагревают шов.
• Один из способов понизить содержание водорода до значения 15 миллилитров на каждые 100 грамм соединяемого материала заключается в применении ручной дуговой сварки. При этом берут электроды с малым содержанием «Н».

Если, после остывания заготовок, на шве или в зоне сварки появились холодные трещины, и следует обязательно заварить. Потому что в рабочих условиях, когда место соединения будет подвергаться силовым нагрузкам, трещины станут еще больше. Для этого трещину сначала разогревают, а на ее концах высверливают отверстия. При длине трещины свыше 30 см, работают обратноступенчатым методом.