ترک های داغ، ترک های دوباره گرم، ترک های سرد، پارگی های لایه ای

ترک های جوشکاری بر اساس ماهیت خود به ترک های داغ، ترک های گرمایشی، ترک های سرد، پارگی های لایه ای و ... طبقه بندی می شوند که در ادامه به توضیح دقیق علل، ویژگی ها و روش های پیشگیری از ترک های مختلف می پردازیم.

01

ترک های داغ

در دمای بالا در حین جوشکاری ایجاد می شود، بنابراین به آن ترک داغ می گویند. با ترک خوردن در امتداد مرز دانه آستنیت اصلی مشخص می شود. بسته به مواد فلز مورد جوش (فولاد کم آلیاژ کم استحکام، فولاد ضد زنگ، چدن، آلیاژ آلومینیوم و برخی فلزات خاص و غیره)، شکل، محدوده دما و دلایل اصلی ترک های داغ نیز متفاوت است. در حال حاضر ترک های حرارتی به سه دسته تقسیم می شوند: ترک های کریستالی، ترک های روانگرایی و ترک های چند جانبه.

تصویر

(1) ترک کریستال

این ماده به طور عمده در جوش های فولاد کربن و فولاد آلیاژ کم حاوی ناخالصی های بیشتر (حاوی S ، P ، C ، Si) و فولاد آستنیتی تک فاز ، آلیاژهای مبتنی بر نیکل و برخی از جوش های آلیاژ آلومینیوم رخ می دهد. این نوع ترک در طی فرآیند تبلور جوشکاری ، در نزدیکی خط Solidus رخ می دهد. با توجه به کوچک شدن فلز جامد ، فلز مایع باقیمانده کافی نیست و نمی تواند به موقع پر شود. ترک خوردگی بین دانه ای تحت عمل استرس رخ می دهد.

اقدامات پیشگیرانه و کنترل عبارتند از: از نظر عوامل متالورژی ، به طور مناسب ترکیب فلز جوش را تنظیم کنید ، دامنه منطقه دمای شکننده را کوتاه کنید ، محتوای ناخالصی های مضر مانند گوگرد ، فسفر و کربن موجود در جوش را کنترل کنید. دانه های اولیه فلز جوش را اصلاح کنید ، یعنی به طور مناسب Mo ، V ، Ti ، NB و سایر عناصر را اضافه کنید. از نظر فناوری ، می توان از قبل از گرم شدن قبل از جوشکاری ، کنترل انرژی خط ، کاهش محدودیت مشترک و غیره جلوگیری کرد.

(2) ترک های روانگرایی در نزدیکی ناحیه درز

نوعی ریزترک است که در امتداد مرز دانه آستنیت ترک می خورد. اندازه آن بسیار کوچک است و در ناحیه HAZ نزدیک درز یا بین لایه ها رخ می دهد. تشکیل آن عموماً به این دلیل است که فلز در ناحیه نزدیک به درز یا فلز بین درزهای جوش در حین جوشکاری باعث می شود که ترکیب یوتکتیک کم ذوب در مرزهای دانه آستنیت در این مناطق در دماهای بالا دوباره ذوب شود. تحت اثر تنش کششی، ترک‌های بین دانه‌ای آستنیت با ترکیب یوتکتیک با ذوب کم، ترک‌های روان‌گرایی را تشکیل می‌دهند.

اقدامات پیشگیری و کنترل برای این نوع ترک اساساً مشابه موارد مربوط به ترک های کریستالی است. به خصوص در متالورژی ، کاهش محتوای عناصر اکتکتیک کم ذوب مانند گوگرد ، فسفر ، سیلیکون و بور تا حد امکان بسیار مؤثر است. از نظر فناوری ، می تواند انرژی خط را کاهش داده و باعث کاهش مقدار خط همجوشی در استخر مذاب شود.

(3) ترک های چند ضلعی

این امر در اثر انعطاف پذیری کم در دماهای بالا در طول تشکیل چند ضلعی ایجاد می شود. این نوع ترک رایج نیست ، و اقدامات پیشگیری و کنترل آن می تواند شامل اضافه کردن عناصری مانند Mo ، W ، Ti و غیره به جوش برای افزایش انرژی تحریک polyledate باشد.

02

کرک را دوباره گرم کنید

معمولاً در انواع خاصی از فولاد و آلیاژهای با دمای بالا حاوی عناصر تقویت کننده بارش (از جمله فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا، فولادهای مقاوم در برابر حرارت پرلیتی، آلیاژهای با دمای بالا تقویت شده در برابر بارش و برخی فولادهای زنگ نزن آستنیتی) رخ می دهد. بعد از جوشکاری هیچ ترکی پیدا نشد. در عوض، ترک ها در طول فرآیند عملیات حرارتی رخ دادند. ترک‌های گرمایش مجدد در قسمت‌های درشت دانه بیش از حد گرم شده ناحیه متاثر از حرارت جوش رخ می‌دهند و جهت آن‌ها در امتداد مرزهای دانه درشت دانه آستنیتی خط همجوشی گسترش می‌یابد.

از نظر انتخاب مواد برای جلوگیری از ترک های حرارتی مجدد می توان از فولاد ریزدانه استفاده کرد. از نظر فناوری، از انرژی خطی کوچکتر استفاده کنید، از دمای پیش گرمایش بالاتر و اقدامات گرمایشی بعدی استفاده کنید و از مواد جوشکاری کم تطابق برای جلوگیری از تمرکز تنش استفاده کنید.

03

ترک

این ماده به طور عمده در منطقه تحت تأثیر گرمای جوش از فولاد کربن بالا و متوسط ​​، فولاد آلیاژ کم و متوسط ​​رخ می دهد ، اما گاهی اوقات ترک های سرد در برخی از فلزات مانند برخی از فولادهای فوق العاده بالا ، آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم نیز در جوش ها رخ می دهد. به طور کلی ، گرایش سخت شدن نوع فولاد ، محتوای هیدروژن و توزیع مفصل جوش داده شده و وضعیت تنش محدودیت مفصل سه عامل اصلی است که در هنگام جوشکاری فولاد با مقاومت بالا باعث ترک خوردگی می شوند. تحت عمل عنصر هیدروژن و استرس کششی ، ساختار مارتنزیت که پس از جوشکاری شکل می گیرد ، ترک های سرد را تشکیل می دهد. تشکیل آن به طور کلی تجمع یا بین دانه ای است. ترک های سرد به طور کلی به ترک های جوش پا ، ترک های مهره جوش و ترک های ریشه تقسیم می شوند.

جلوگیری و کنترل ترک های سرد می تواند از سه جنبه شروع شود: ترکیب شیمیایی قطعه کار ، انتخاب مواد جوشکاری و اقدامات فرآیند. از مواد با معادل کربن پایین تر باید تا حد امکان استفاده شود. از الکترودهای کم هیدروژن باید به عنوان مواد جوش استفاده شود و از تطبیق کم قدرت برای جوش استفاده شود. از مواد جوشکاری آستنیتی نیز می توان برای موادی که تمایل به ترک خوردگی زیاد دارند استفاده شود. انرژی خطی ، پیش گرم شدن و گرم کردن باید به طور منطقی کنترل شود. عملیات حرارتی یک اقدام فرآیند برای جلوگیری از ترک خوردگی است.

در تولید جوش ، به دلیل انواع مختلف فولادی و مواد جوشکاری مورد استفاده ، نوع و سفتی سازه و شرایط خاص ساخت و ساز ، اشکال مختلف ترک های سرد ممکن است رخ دهد. با این حال ، ترک خوردگی تاخیر عمدتاً در تولید مشاهده می شود.

ترک خوردگی تاخیری به سه شکل ظاهر می شود:

(1) ترک انگشتی جوش - این نوع ترک از سطح مشترک بین فلز پایه و جوش سرچشمه می گیرد و دارای مکان های تمرکز تنش آشکار است. جهت ترک اغلب موازی با مهره جوش است و به طور کلی از سطح نوک جوش شروع می شود و تا عمق فلز پایه امتداد می یابد.

(2) ترک در زیر مهره جوش - این نوع ترک اغلب در ناحیه متاثر از حرارت جوشکاری با تمایل به سخت شدن زیاد و محتوای هیدروژن بالا رخ می دهد. به طور کلی، جهت ترک موازی با خط همجوشی است.

(3) ترک ریشه - این نوع ترک شکل رایج ترک تاخیری است که عمدتاً زمانی رخ می دهد که محتوای هیدروژن زیاد باشد و دمای پیش گرمایش کافی نباشد. این نوع ترک شبیه به ترک انگشت جوش است و از ریشه جوش سرچشمه می گیرد که غلظت تنش در آن بیشتر است. ترک های ریشه ممکن است در بخش دانه درشت ناحیه تحت تأثیر حرارت یا در فلز جوش ایجاد شود.

گرایش سخت شدن نوع فولاد ، محتوای هیدروژن و توزیع مفصل جوش داده شده و وضعیت تنش محدودیت مفصل سه عامل اصلی است که باعث ترک خوردگی در هنگام جوشکاری فولاد با استحکام بالا می شوند. این سه عامل در شرایط خاص به هم پیوسته و تقویت می شوند.

تمایل به سخت شدن انواع فولاد عمدتاً با ترکیب شیمیایی، ضخامت صفحه، فرآیند جوشکاری و شرایط خنک کاری تعیین می شود. هنگام جوشکاری، هر چه تمایل به سخت شدن نوع فولادی بیشتر باشد، ایجاد ترک آسانتر است. چرا فولاد بعد از سفت شدن ترک می خورد؟ می توان آن را در دو جنبه زیر خلاصه کرد:

(1) تشکیل یک ساختار مارتنزیت شکننده و سخت - مارتنزیت محلول جامد فوق اشباع کربن در آهن است. اتم های کربن به صورت اتم های بینابینی در شبکه کریستالی وجود دارند و باعث می شوند اتم های آهن از وضعیت تعادل منحرف شوند و شبکه کریستالی تغییر کند. اعوجاج زیاد باعث می شود که بافت در حالت سفت قرار گیرد. به خصوص در شرایط جوشکاری، دمای حرارت در ناحیه نزدیک به درز بسیار بالا است و باعث رشد جدی دانه های آستنیت می شود. هنگامی که به سرعت سرد شود، آستنیت درشت به مارتنزیت درشت تبدیل می شود. از نظریه مقاومت فلزات می توان فهمید که مارتنزیت ساختاری شکننده و سخت است که در هنگام شکست انرژی کمتری مصرف می کند. بنابراین، هنگامی که مارتنزیت در اتصال جوش داده شده وجود داشته باشد، ترک ها به راحتی ایجاد و منبسط می شوند.

(2) سخت شدن عیوب شبکه بیشتری را ایجاد می کند - فلز در شرایط عدم تعادل حرارتی تعداد زیادی عیوب شبکه را تشکیل می دهد. این عیوب شبکه عمدتاً خالی و جابجایی هستند. با افزایش کرنش حرارتی در ناحیه متاثر از حرارت جوشکاری، جاهای خالی و نابجایی در شرایط تنش و عدم تعادل حرارتی جابجا شده و جمع می شوند. هنگامی که غلظت آنها به یک مقدار بحرانی خاص برسد، منابع ترک تشکیل می شوند. تحت اثر مداوم تنش، ترک‌های ماکروسکوپی به گسترش و شکل‌گیری ادامه خواهند داد.

هیدروژن یکی از عوامل مهم ایجاد ترک سرد در جوشکاری فولادهای پرمقاومت بوده و دارای خصوصیات تاخیری است. بنابراین، ترک های تاخیری ناشی از هیدروژن در بسیاری از اسناد "ترک ناشی از هیدروژن" نامیده می شود. مطالعات تجربی ثابت کرده اند که هر چه مقدار هیدروژن اتصالات جوشی فولادی با استحکام بالا بیشتر باشد، حساسیت به ترک ها بیشتر می شود. هنگامی که محتوای هیدروژن در یک منطقه محلی به مقدار بحرانی خاصی می رسد، ترک ها ظاهر می شوند. این مقدار، مقدار بحرانی برای تولید ترک نامیده می شود. محتوای هیدروژن [H] cr.

مقدار [H] Cr ترک خوردگی در فولادهای مختلف متفاوت است و مربوط به ترکیب شیمیایی ، استحکام فولاد ، دمای گرمایشی و شرایط خنک کننده فولاد است.

(1) در حین جوشکاری، رطوبت در مواد جوشکاری، زنگ زدگی، لکه های روغن در شیار جوش و رطوبت محیطی همه از دلایل جوش های غنی از هیدروژن هستند. در شرایط عادی، مقدار هیدروژن در فلز پایه و سیم جوش بسیار کم است، اما رطوبت پوشش الکترود و رطوبت موجود در هوا را نمی توان نادیده گرفت و به منبع اصلی هیدروژناسیون تبدیل می شود.

(2) قابلیت انحلال و انتشار هیدروژن در ساختارهای فلزی مختلف متفاوت است. حلالیت هیدروژن در آستنیت بسیار بیشتر از حلالیت در فریت است. بنابراین در حین انتقال از آستنیت به فریت در حین جوشکاری، حلالیت هیدروژن به طور ناگهانی کاهش می یابد. در عین حال، سرعت انتشار هیدروژن دقیقاً برعکس است و هنگام تبدیل از آستنیت به فریت به طور ناگهانی افزایش می یابد.

تحت تأثیر دمای بالا در حین جوشکاری، مقدار زیادی هیدروژن در حوضچه مذاب حل می شود. در طی فرآیند سرد شدن و انجماد بعدی، به دلیل کاهش شدید حلالیت، هیدروژن تا حد امکان خارج می شود، اما به دلیل سرد شدن سریع، هیدروژن زمانی برای فرار نخواهد داشت. در فلز جوش باقی می ماند و هیدروژن منتشر می شود.

04

اشک

این یک ترک خوردگی با دمای پایین است. این محدوده به ناحیه فلزی پایه یا گرمای جوش شده از صفحات ضخیم محدود است و بیشتر در اتصالات نوع "L" ، "T" و "+" رخ می دهد. این به عنوان یک شکاف سرد مانند پله ای که در ماده پایه رخ می دهد تعریف شده است زیرا انعطاف پذیری صفحه فولادی ضخیم نورد در جهت ضخامت برای مقاومت در برابر فشار انقباض جوش در این جهت کافی نیست. به طور کلی ، به این دلیل است که در طی فرآیند نورد صفحات فولادی ضخیم ، برخی از اجزاء غیر فلزی موجود در فولاد در اجزاء نوار شکل به موازات جهت نورد قرار می گیرند. این اجزاء باعث هدایت ناهمسانگرد در خصوصیات مکانیکی صفحه فولادی می شوند. برای جلوگیری از پارگی لامپ ، می توانید از فولاد تصفیه شده در انتخاب مواد استفاده کنید ، یعنی از صفحات فولادی با عملکرد بالا Z استفاده کنید. همچنین می توانید برای جلوگیری از جوش های یک طرفه یا ایجاد شیارهایی در طرفی که دارای استرس Z جهت است ، طراحی مفصل را بهبود بخشید.

پارگی لاملار با ترک خوردگی متفاوت است. وقوع آن هیچ ارتباطی با سطح استحکام نوع فولاد ندارد ، اما عمدتاً مربوط به مقدار گنجاندن و شکل توزیع در فولاد است. به طور کلی ، اشکهای لایه ای می تواند در صفحات فولادی ضخیم نورد مانند فولاد کربن کم ، فولاد با مقاومت بالا آلیاژ کم و حتی صفحات آلیاژ آلومینیوم رخ دهد. اشکهای لاملار را می توان با توجه به موقعیت مکانی آنها تقریباً به سه دسته تقسیم کرد:

نوع اول ، پارگی لاملار ناشی از ترک های سرد در انگشت پا یا ریشه جوش در منطقه تحت تأثیر گرمای جوش است.

نوع دوم ترک خوردگی در امتداد منطقه تحت تأثیر گرمای جوش است که رایج ترین پارگی لامپ در مهندسی است.

سومین نوع ترک خوردگی در فلز پایه به دور از ناحیه تحت تاثیر گرما، عموماً در ساختارهای صفحه ضخیم با آخال های ورقه ای MnS بیشتر رخ می دهد.

تصویر

شکل پارگی لایه‌ای ارتباط نزدیکی با نوع، شکل، توزیع و محل آخال‌ها دارد. هنگامی که آخال‌های منگنز پوسته‌دار در امتداد جهت غلتش غالب هستند، پارگی لایه‌ای شکل پله‌ای واضحی دارد، وقتی تحت سلطه آخال‌های سیلیکات باشد، خطی است و زمانی که آخال‌های Al بر آن غالب است، نامنظم است. قدم گذاشت.

هنگام جوشکاری سازه های صفحه ضخیم ، به ویژه اتصالات T شکل و گوشه ، تحت محدودیت های سفت و سخت ، انقباض جوش باعث ایجاد استرس و کرنش زیاد در جهت ضخامت فلز پایه می شود. هنگامی که کرنش از پلاستیک بودن فلز پایه فراتر رود ، هنگامی که توانایی تغییر شکل رخ می دهد ، اجزاء و ماتریس فلزی از هم جدا می شوند و ریزگردها نیز رخ می دهند. تحت ادامه عمل استرس ، نکات ترک در امتداد هواپیما که در آن اجزاء قرار دارند گسترش می یابد و به اصطلاح "سکوی" تشکیل می شود.

عوامل زیادی وجود دارد که بر پارگی لایه‌ای تأثیر می‌گذارد که عمدتاً شامل جنبه‌های زیر می‌شود:

(1) نوع ، کمیت و فرم توزیع اجزاء غیر فلزی علت اساسی پارگی لامپ است. این دلیل اساسی برای ناهمسانگردی و خصوصیات مکانیکی فولاد است.

(2) استرس محدودیت جهت گیری Z

سازه های جوش داده شده با دیواره ضخیم، تنش های مهاری جهت Z، تنش های پسماند و بارهای پس از جوش را در طول فرآیند جوشکاری تحمل می کنند، که شرایط مکانیکی است که باعث پارگی لایه می شود.

(3) تأثیر هیدروژن

عموماً اعتقاد بر این است که هیدروژن یک عامل تأثیرگذار مهم در پارگی لایه‌ای است که توسط ترک سرد در نزدیکی منطقه تحت تأثیر گرما ایجاد می‌شود.

از آنجایی که پارگی لاملار تأثیر زیادی دارد و خطرات بسیار جدی است ، لازم است قبل از ساخت و ساز حساسیت فولاد به پارگی لاملار را قضاوت کنید.

روش‌های ارزیابی رایج شامل انقباض ناحیه کششی جهت Z و روش تنش بحرانی جهت پین Z است. به منظور جلوگیری از پارگی لایه، انقباض منطقه نباید کمتر از 15٪ باشد. به طور کلی، انتظار می رود 15 تا 20٪ باشد. هنگامی که 25٪، مقاومت پارگی لایه ای عالی در نظر گرفته می شود.

برای جلوگیری از پارگی لامپ ، اقدامات باید عمدتاً از جنبه های زیر گرفته شود:

(1) فولاد تصفیه شده

روش جداسازی زودهنگام آهن مذاب و تخلیه خلاء را می توان به طور گسترده ای برای بو کردن فولاد گوگرد فوق العاده کم با محتوای گوگرد تنها 0. {3}} 03 0.005} و بخش آن (Z Z) استفاده کرد. جهت) می تواند به 25 ~ 23 ٪ برسد.

(2) شکل اجزاء سولفید را کنترل کنید

MnS را به سولفیدهای عناصر دیگر تبدیل می‌کند و دراز شدن آن را در طول نورد گرم دشوار می‌کند و در نتیجه ناهمسانگردی را کاهش می‌دهد. در حال حاضر عناصر افزودنی پرکاربرد کلسیم و عناصر خاکی کمیاب هستند. فولادی که طبق بالا عمل می کند می تواند صفحات فولادی مقاوم در برابر پارگی لایه ای با انقباض ناحیه جهت Z بین 50 تا 70 درصد تولید کند.

(3) از منظر جلوگیری از پارگی لایه، فرآیند طراحی و ساخت عمدتاً برای جلوگیری از تنش جهت Z و تمرکز تنش است. اقدامات ویژه به شرح زیر است:

1) تا حد امکان از جوش های یک طرفه خودداری شود. استفاده از جوش های دو طرفه به جای آن می تواند وضعیت تنش را در ناحیه ریشه جوش کاهش دهد و از تمرکز تنش جلوگیری کند.

۲) از جوش های فیله متقارن با مقدار جوش کم به جای جوش های با نفوذ کامل با مقدار جوش زیاد استفاده کنید تا از تنش زیاد جلوگیری شود.

3) در سمتی که تنش جهت Z را تحمل می کند، یک مورب ساخته شود.

4) برای اتصالات T شکل می توان لایه ای از مواد جوشکاری کم استحکام را روی صفحه افقی از قبل جوش داد تا از ترک های ریشه جوش جلوگیری شود و همچنین فشار جوش را کاهش دهد.

5) به منظور جلوگیری از پارگی لولر ناشی از ترک خوردگی ، برخی از اقدامات برای جلوگیری از ترک خوردگی باید تا حد امکان اتخاذ شود ، مانند کاهش میزان هیدروژن ، افزایش مناسب از پیش گرم شدن ، کنترل دمای لایه و غیره.