Трещинообразование при сварке

Отсутствие холодных или горячих трещин при сварке является основной характеристикой свариваемости. Трещины, образующиеся при температурах выше 800–900 °C, называются горячими, а при температурах ниже 300 °C – холодными.

Холодные трещины образуются под влиянием закалочных явлений, присутствия атомов водорода и остаточных растягивающих напряжений. Чувствительность сварного соединения к образованиям холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода в детали. Для этого используют эмпирические формулы, из которых наиболее распространенная[21] имеет вид:

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr+V+Mo)/5 + (Ni+Cu)/15,

где С, Мn, Cr, V, Mo, Ni, Сu – массовые доли углерода, марганца, кремния, ванадия, молибдена, никеля и меди, %.

При Сэкв ? 0,45 – свариваемость хорошая для легированных сталей.

При Сэкв ? 0,49 – свариваемость хорошая для низкоуглеродистых сталей.

При Сэкв > 0,45 до 0,5 – свариваемость удовлетворительная, но сталь склонна к образованию холодных трещин и необходим предварительный подогрев свариваемого изделия до температуры Т = 350(Собщ – 0,25)^?, где Собщ – общий эквивалент углерода, зависящий от Сэкв и толщины S свариваемых деталей: Собщ = Сэкв(1 + 0,005S).

При Сэкв > 0,5 до 0,6 – свариваемость ограниченная, требуются подогрев и отжиг, или нормализация.

При Сэкв > 0,6 до 0,8 – свариваемость плохая.

Пример. Допустим, нужно определить возможность сварки деталей толщиной 5 мм из стали 40ХН.

Для этого понадобится справочник по маркам сталей. Для стали 40ХН содержание С = 0,36–0,44; Mn = 0,5–0,8; Cr = 0,45–0,75; Ni = 1–1,4; Cu ? 0,3; ванадий и молибден не содержатся.

Для расчета возьмем средние значения химических элементов в этой стали.

Сэкв=0,4+0,65/6+0,6/5+1,4/15 ? 0,72 > 0,45. Следовательно, детали перед сваркой необходимо нагревать.

Собщ = 0,72(1+0,005 ? 5) ? 0,74. Таким образом, детали нужно нагреть перед сваркой до температуры Т=350(0,74–0,25)^? ? 245 °C.

Формул для определения Сэкв существует около десятка, и достоверность их, в принципе, весьма относительная, так как формулы эти эмпирические, т. е. без вывода. Вот некоторые из них:

1. Рекомендованная ГОСТ 27772–88 формула для всех сталей:

Сэкв = С+ Mn/6 + Si/24 + Cr /5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2.

2. Уточненная формула для всех сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Mo/4 + V/5.

3. Для малоуглеродистых сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + 0,024S, где S – толщина свариваемой кромки (наибольшей).

4. Для легированных сталей:

Сэкв = С + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10 + 0,024S, где S – толщина металла.

5. Для различных сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/3 + Ni/15 + V/5.

Во всех формулах количество указанного элемента дается в процентном содержании, затем выполняется вычисление.

В процессе кристаллизации металла шва в ЗТВ могут возникать горячие трещины. Они проходят по границам кристаллитов и вызывают межкристаллитное разрушение. Чувствительность сварного соединения к образованию горячих трещин (HCS) вычисляют по формуле:

При HCS < 4 горячие трещины не образуются. Для высокопрочных сталей коэффициент HCS должен быть менее 1,6–2,0.