Uvod v več vrst varilnih razpok

Razpoke pri varjenju po svoji naravi do točk lahko razdelimo na vroče razpoke, razpoke pri ponovnem segrevanju, hladne razpoke, laminirano trganje in tako naprej. V nadaljevanju so le vzroki za različne razpoke, značilnosti in metode preprečevanja za specifično obdelavo.
1. Toplotne razpoke
Nastane pri visokih temperaturah med varjenjem, tako imenovano termično razpokanje, za katerega je značilno pokanje vzdolž prvotnih meja avstenitnih zrn. Glede na material zvara (nizkolegirano jeklo visoke trdnosti, nerjavno jeklo, lito železo, aluminijeve zlitine in nekatere posebne kovine itd.) Se razlikujejo tudi oblika termičnega razpokanja, temperaturno območje in glavni razlog. Trenutno so toplotne razpoke razdeljene v tri glavne kategorije, kot so kristalizacijske razpoke, razpoke zaradi utekočinjenja in večstranske razpoke.
(1) Kristalizacijske razpoke nastanejo predvsem v ogljikovem jeklu, ki vsebuje več nečistoč, nizko legiranem jeklenem zvaru (vsebnost S, P, C, Si je visoka) in enofaznem avstenitnem jeklu, zlitinah na osnovi niklja in nekaterih zvarih iz aluminijevih zlitin. Ta razpoka je v procesu varjenja kristalizacije, v bližini črte trdne faze, zaradi strjevanja krčenja kovine, preostale tekoče kovine ni dovolj, je ni mogoče dodati pravočasno, pod vplivom stresa nastane ob razpokanju kristala.
Preventivni ukrepi so: pri metalurških dejavnikih ustrezna prilagoditev sestave zvara, skrajšanje območja krhke temperaturne cone za kontrolo zvara v žveplu, fosforju, ogljiku in drugih škodljivih primesih; izboljšanje zrna zvara, to je ustrezen dodatek elementov, kot so Mo, V, Ti, Nb itd.; v smislu tehnologije, se lahko predhodno segreje pred varjenjem, nadzoruje energijsko linijo, zmanjša omejitve sklepov in druge vidike za preprečevanje in nadzor.
(2) Razpoka utekočinjenega območja blizu šiva je neke vrste mikrorazpoka, ki poči vzdolž meje avstenitnega zrna, ki je zelo majhna in se pojavi v območju bližnjega šiva HAZ ali vmesnega sloja. Njegov vzrok je na splošno posledica varjenja kovine v bližini območja šiva ali vmesne kovine zvara pri visokih temperaturah, tako da se ti predeli mej avstenitnih zrn na evtektičnih sestavinah z nizkim tališčem ponovno stopijo pod delovanjem natezne napetosti vzdolž avstenitnega medzrnca pokanje in nastanek likvefakcijskih razpok.
Tovrstni ukrepi za preprečevanje in nadzor razpok ter kristalizacijske razpoke so v bistvu enaki. Zlasti v metalurgiji je čim bolj učinkovito zmanjšanje vsebnosti žvepla, fosforja, silicija, bora in drugih evtektičnih sestavnih elementov z nizkim tališčem; v tem procesu lahko zmanjšate energijo črte, zmanjšate konkavnost talilne linije bazena taline.
(3) Poligonizacijske razpoke nastanejo zaradi zelo nizke plastičnosti pri visokih temperaturah med nastankom poligonizacije. Ta razpoka ni pogosta in njeni ukrepi za preprečevanje in nadzor se lahko dodajo zvaru, da se izboljša energija vzbujanja poligonizacije elementov, kot so Mo, W, Ti itd.
2. Ponovno segrevanje razpok
Običajno se pojavlja v nekaterih elementih za izločitveno ojačitev iz jekla in visokotemperaturnih zlitin (vključno z nizkolegiranim jeklom visoke trdnosti, perlitnim toplotno odpornim jeklom, izločevalno ojačenimi visokotemperaturnimi zlitinami, kot tudi nekaterimi avstenitnimi nerjavnimi jekli), niso našli razpoke po varjenju, v procesu toplotne obdelave pa razpoke. Razpoke pri ponovnem segrevanju nastanejo v območju toplotnega vpliva zvara pregretih grobih kristalnih delov, katerih smer je vzdolž talilne črte razširitve meje grobih kristalnih zrn avstenita.
Preprečevanje in nadzor razpok pri ponovnem segrevanju Pri izbiri materialov lahko izberete drobnozrnato jeklo. Kar zadeva postopek, izberite manjšo omrežno energijo, izberite višjo temperaturo predgretja in s kasnejšimi toplotnimi ukrepi izberite nizko ujemajoči se varilni material, da se izognete koncentraciji napetosti.
3. Hladna razpoka
V glavnem se pojavlja pri toplotno prizadetem območju varjenja z visoko, srednje ogljikovim jeklom, nizko, srednje legiranim jeklom, pa tudi pri nekaterih kovinah, kot so nekatera jekla z izjemno visoko trdnostjo, titanu in titanovih zlitinah itd. Včasih se v zvaru pojavijo tudi hladne razpoke. Na splošno so nagnjenost k utrjevanju razreda jekla, vsebnost vodika in porazdelitev zvarnih spojev, pa tudi spoji, ki so izpostavljeni stanju omejevalne napetosti, trije glavni dejavniki pri varjenju jekla visoke trdnosti za nastanek hladnih razpok. Martenzitna organizacija, ki nastane po varjenju pod delovanjem elementarnega vodika, skupaj z natezno napetostjo nastanejo hladne razpoke. Njegova tvorba je na splošno skozi kristal ali vzdolž kristala. Hladne razpoke so na splošno kategorizirane kot razpoke na prstih, razpoke pod varjenjem in korenske razpoke.
Preprečevanje in nadzor hladnih razpok je lahko iz kemične sestave obdelovanca, izbire varilnih materialov in procesnih ukrepov v treh vidikih. Poskusite izbrati materiale z nižjim ogljičnim ekvivalentom; varilni dodatki morajo biti izbrani z elektrodami z nizko vsebnostjo vodika, zvari naj se ujemajo z nizko trdnostjo, za visoko nagnjenost materiala k hladnim razpokam lahko izberete tudi avstenitne varilne dodatke; razumen nadzor linijske energije, predgretja in naknadne toplotne obdelave je preprečiti in nadzorovati hladno razpokanje procesnih ukrepov.
V varilni proizvodnji zaradi uporabe jekla, varilnih materialov, različnih vrst konstrukcij, jekla, pa tudi konstrukcije različnih specifičnih pogojev lahko pride do različnih oblik hladnih razpok. Vendar pa je glavna stvar, s katero se pogosto srečujemo v proizvodnji, zapoznelo razpokanje.

Obstajajo tri oblike zapoznelega razpokanja:
(1) Razpoke na konicah zvara - Ta vrsta razpoke nastane na stičišču osnovne kovine in zvara in tam je očitno območje koncentracije napetosti. Smer razpoke je pogosto vzporedna z zvarnim kanalom, običajno se začne od površine vrha zvara do globine osnovnega materiala.
(2) Razpoke pod zvarnim kanalom - ta razpoka se pogosto pojavi pri nagnjenosti k utrjevanju, višji vsebnosti vodika v območju toplotnega vpliva zvara. Na splošno je smer razpoke vzporedna s črto taljenja.
(3) koreninska razpoka - ta razpoka je pogostejša oblika zapoznelega razpokanja, pojavi se predvsem v primeru večje vsebnosti vodika in nezadostne temperature predgretja. Ta vrsta razpoke je podobna razpokam zvara in izvira iz dela zvara, kjer je koncentracija napetosti največja v korenu zvara. Korenske razpoke se lahko pojavijo v grobo zrnatem delu območja toplotnega vpliva ali v zvaru.
Nagnjenost k utrjevanju vrste jekla, vsebnost vodika v zvarnem spoju in njegova porazdelitev ter stanje spoja, ki je izpostavljen omejevalni napetosti, so trije glavni dejavniki, ki povzročajo hladne razpoke pri varjenju jekla visoke trdnosti. Ti trije dejavniki so med seboj povezani in se pod določenimi pogoji medsebojno krepijo.
Nagnjenost k utrjevanju razreda jekla v glavnem določajo kemična sestava, debelina plošče, postopek varjenja in pogoji hlajenja. Pri varjenju velja, da večja kot je nagnjenost k utrjevanju razreda jekla, večja je verjetnost nastanka razpok. Zakaj kaljenje jekla povzroči razpoke? Povzamemo ga lahko v naslednjih dveh vidikih.
a: nastanek krhke trde martenzitne organizacije - martenzit je ogljik v prenasičeni trdni raztopini ɑ železa, atomi ogljika z intersticijskimi atomi obstajajo v mreži, tako da atomi železa odstopajo od ravnotežnega položaja, mreža je podvržena veliki aberaciji, kar povzroči organizacija v utrjenem stanju. Zlasti v pogojih varjenja je v bližini območja šiva temperatura ogrevanja zelo visoka, tako da pride do resne rasti avstenitnih zrn, ko se bo grobi avstenit pri hitrem ohlajanju pretvoril v grobi martenzit. Iz teorije trdnosti kovin lahko vemo, da je martenzit krhka in trda organizacija, pojav loma bo porabil manj energije, zato se v zvarnih spojih s prisotnostjo martenzita zlahka oblikujejo in razširijo razpoke.
b: Utrjevanje bo povzročilo nastanek več napak na mreži - Veliko število napak na mreži nastane, ko je kovina izpostavljena toplotno neuravnoteženim pogojem. Te napake v mreži so v glavnem prazna mesta in dislokacije. S povečanjem toplotne napetosti v varjenem območju toplotnega vpliva se bodo v pogojih napetosti in toplotnega neravnovesja tako prosta mesta kot dislokacije premaknila in zbrala, in ko njihova koncentracija doseže določeno kritično vrednost, se bo oblikoval vir razpok. Pod nenehnim delovanjem napetosti se bo razširitev pojavljala nenehno in tvorila makroskopske razpoke.
Vodik je eden od pomembnih dejavnikov, ki povzročajo hladne razpoke pri varjenju jekla visoke trdnosti, in ima značilnost zakasnitve, zato se v mnogih literaturah zapoznele razpoke, ki jih povzroči vodik, imenujejo "vodikove razpoke". Eksperimentalne študije so dokazale, da višja kot je vsebnost vodika v zvarnih spojih iz jekla visoke trdnosti, večja je dovzetnost za razpoke, ko lokalna vsebnost vodika doseže določeno kritično vrednost, se začnejo pojavljati razpoke in ta vrednost se imenuje kritični vodik vsebnost razpok [H]kr.
Različna vrednost [H]cr za hladno razpokanje jekla je različna, povezana je s kemično sestavo jekla, jekla, temperaturo predgretja in pogoji hlajenja.
1: Med varjenjem so vlaga v varilnem materialu, rja in olje na poševnem robu zvara ter vlažnost okolja vzroki za obogatitev zvara z vodikom. Na splošno je količina vodika v osnovnem materialu in žici zelo majhna, medtem ko vlage v fluksni koži elektrode in vlage v zraku ni mogoče prezreti in postaneta glavni vir obogatitve vodika.
2: Vodik v različnih kovinskih organizacijah glede topnosti in difuzijske zmogljivosti je različen, topnost vodika v avstenitu je veliko večja od topnosti ferita. Zato pri varjenju iz avstenita v ferit pride do nenadnega padca topnosti vodika. Hkrati je stopnja difuzije vodika nasprotna, prehod iz avstenita v ferit se nenadoma poveča.
Pri varjenju pri visokih temperaturah bo v bazenu staline raztopljena velika količina vodika, v poznejšem procesu hlajenja in strjevanja, zaradi močnega zmanjšanja topnosti, vodik poskuša uiti, vendar je zaradi ohlajanja zelo hitro, tako da vodik prepozno uide in se zadrži v zvaru pri tvorbi difuzijskega vodika.

4. Laminarno trganje
Je notranje nizkotemperaturno razpokanje. Omejeno na osnovno kovino debele plošče ali območja toplotnega vpliva zvara, ki se večinoma pojavlja v spojih tipa "L", "T", "+". Opredeljena kot valjana debela jeklena plošča vzdolž debeline smeri plastičnosti ni dovolj, da prenese smer varilnega krčenja in se pojavi v osnovni kovini stopničaste hladne razpoke. Na splošno zaradi debele jeklene plošče v procesu valjanja so nekateri nekovinski vključki v valjanem jeklu vzporedno s smerjo valjanja vključkov traku, ti vključki, ki jih povzroča jeklena plošča v mehanskih lastnostih prevodnosti vsakega. Preprečevanje in nadzor laminarnega trganja pri izbiri materialov lahko izberete iz rafiniranega jekla, to je izbiro z do visoke zmogljivosti jeklene plošče, lahko tudi izboljšate obliko zasnove spoja, da se izognete enostranskemu varjenju ali nosi z na strani napetosti iz poševnine.
Laminarno trganje in hladno razpokanje sta različna, povzročata in stopnja trdnosti jekla ni povezana, predvsem s količino vključkov v jeklu in porazdelitvijo morfologije. Običajno valjana debela jeklena plošča, kot je nizkoogljično jeklo, nizkolegirano jeklo visoke trdnosti in celo plošča iz aluminijeve zlitine, se bo pojavila v laminarni trganju. Glede na lokacijo laminarnega trganja lahko v grobem razdelimo v tri kategorije:
Prva kategorija je tvorba laminarnega trganja, ki ga povzročijo hladne razpoke v konici zvara ali korenu zvara v območju varjenja, ki je izpostavljeno toploti.
Druga kategorija je toplotno prizadeto območje varjenja vzdolž vključkov, ki razpokajo, je najpogostejše inženirsko laminarno trganje.
Tretja kategorija je oddaljena od območja toplotnega vpliva v osnovnem materialu vzdolž vključkov, ki razpokajo, na splošno bolj v strukturi debele plošče z več vključki kosmičev MnS.
Morfologija laminarnega trganja in vključki vrste, oblike, porazdelitve, pa tudi lokacije tesnega odnosa. Kadar prevladuje smer kotaljenja vzdolž luskastih vključkov MnS, ima laminarno trganje jasen korak, ko prevladujejo silikatni vključki v ravni liniji, kot so vključki Al, prevladujejo v nepravilnem koraku.

Varjenje konstrukcije debele plošče, zlasti T-tipa in kotnih spojev, v togih omejenih pogojih bo krčenje zvara v smeri debeline osnovnega materiala, kar bo povzročilo veliko nateznih napetosti in deformacij, ko deformacija preseže plastiko deformacijska sposobnost osnovne kovine, bodo vključki in kovinska matrica ločeni od kovinske matrice in pride do mikrorazpok, pri čemer ima napetost še naprej vlogo vrha razpoke vzdolž ravnine širitve se nahajajo vključki, nastanek tako imenovane "platforme".
Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na laminarno trganje, predvsem v naslednjih vidikih:
1: nekovinski vključki vrste, količine in porazdelitve morfologije so bistveni vzrok za laminarno trganje, povzroča ga anizotropija jekla, mehanske lastnosti temeljnih razlik.
2: Omejitvena napetost v smeri Z. Debelostenske varjene konstrukcije v procesu varjenja vzdržijo različne omejitvene napetosti v smeri Z, preostale napetosti in obremenitve po varjenju, povzročajo jih mehanski pogoji laminarnega trganja.
3: Na splošno se domneva, da je učinek vodika v bližini območja, ki ga prizadene toplota, zaradi hladnega pokanja pa postane laminarno trganje, vodik je pomemben vplivni dejavnik.
Ker je vpliv laminarnega trganja zelo velik, je tudi škoda zelo resna, zato je treba pred gradnjo presoditi, ali je jeklo dovzetno za laminarno trganje.
Običajno uporabljeni metodi vrednotenja sta krčenje nateznega preseka v smeri Z in metoda kritične napetosti v smeri Z čepa. Da bi preprečili laminarno trganje, krčenje odseka ne sme biti manjše od 15 %, na splošno upamo, da je primerno=15 ~ 20 %, kadar je 25 %, da je anti-laminarno trganje odlično.
Za preprečevanje laminarnega trganja je treba ukrepe sprejeti predvsem z naslednjih vidikov:
Prvič, pri rafiniranju jekla, ki se široko uporablja pri metodah razžveplanja železa in vakuumskem razplinjevanju, je mogoče iztopiti vsebnost žvepla le {{0}}.003 ~ 0,005 % jekla z ultra nizko vsebnostjo žvepla, njegovo krčenje preseka ( smer Z) lahko doseže 23 ~ 25 %.
Drugič, nadzor nad obliko sulfidnih vključkov je pretvorba MnS v druge elemente sulfida, tako da se težko podaljša pri vročem valjanju, s čimer se zmanjša anizotropija. Trenutno so široko uporabljeni dodani elementi kalcij in elementi redkih zemelj. Z zgornjo obdelavo je jeklo mogoče izdelati s krčenjem preseka v smeri Z od 50 do 70 %, da se upre laminirani jekleni plošči, ki se trga.
Tretjič, z vidika preprečevanja laminarnega trganja je postopek načrtovanja in gradnje namenjen predvsem izogibanju napetosti v smeri Z in koncentraciji napetosti, posebni ukrepi pa so navedeni v naslednjem primeru:
(1) se je treba izogibati enostranskemu zvaru, namesto dvostranskega zvara lahko olajša napetostno stanje koreninskega območja zvara, da prepreči koncentracijo napetosti.
(2) Uporaba simetričnih kotnih zvarov z manj varjenja namesto zvarjenih velikih količin celotnega zvara skozi zvar, da ne pride do prekomerne napetosti.
(3) Poševni rob je treba narediti na strani, ki je izpostavljena obremenitvi v smeri Z.
(4) Za spoje tipa T je mogoče na prečno ploščo predhodno naložiti plast varilnega materiala z nizko trdnostjo, da se prepreči razpoke v korenu zvara in tudi ublaži varilna obremenitev.
(5) Da bi preprečili laminarno trganje, ki ga povzroči hladno pokanje, je treba sprejeti nekatere ukrepe za preprečevanje hladnega pokanja, kolikor je to mogoče, kot je zmanjšanje količine vodika, povečanje predgretja in nadzor temperature vmesnega sloja.