Виды ГТ. Способы оценки склонности к ГТ.

По температуре возникновения ГТ подразделяются на кристаллизационные, возникающие в области температур солидуса в ТИХ-1, и подсолидусные, температура образования которых ниже температуры солидуса. Подсолидусные трещины возникают в узком температурном интервале потери пластичности ТИХ-2. Сварной шов и ОШЗ вследствие неравновесной кристаллизации насыщены дефектами кристаллической решетки, которые при высоких температурах под нагрузкой активно диффундируют к границам зерен, образуя пустоты, сливающиеся в трещины. Верхняя граница ТИХ-2 – затвердевание ликватов, нижняя – подавление активной диффузии вакансий и примесей по границам зерен.

По расположению в сварном соединении различают ГТ во шве, зоне сплавления и ОШЗ. По ориентировке различают продольные и поперечные ГТ.

1. Продольные по центру шва. Эти трещины наиболее опасны. Если нагрузка действует перпендикулярно оси шва, то могут поразить шов по всей длине. Возникают в районе встречи столбчатых кристаллитов, растущих от стенок сварочной ванны. Наибольшая опасность возникновения имеет место для узких и глубоких швов.

2. Продольные между кристаллитами. Ввиду меньшей протяженности менее опасны.

3. Продольные подсолидусные трещины в ОШЗ.

4. Поперечные подсолидусные в ОШЗ.

Многочисленные методы оценки склонности к ГТ могут быть выделены в следующие группы.

1. Расчетно-статистический.

Используется для приближенной оценки сплавов и рекомендуется для экспресс-анализа. Основные показатели – факторы склонности к ГТ, полученные по результатам обработки экспериментальных данных для сравнительно узких групп сплавов.

Для низколегированных конструкционных сталей используется HCS-критерий (Hot Cracking Sensivity).

.

Для сталей с пределом прочности менее 700 МПа условием стойкости к ГТ является HCS < 4. Если предел прочности более 700 Мпа, то HCS<2.

Для хромоникелевых сталей используется критерий Cr_экв/Ni_экв .

Условие стойкости к ГТ

2. Экспериментальная оценка сопротивляемости к ГТ с помощью машинных методов испытаний.

Металл сварного соединения подвергают внешнему нагружению при высоких температурах с целью инициирования ГТ и получения критерия оценки. Машинные методы предусматривают испытания на изгиб или растяжение в процессе сварки образцов, а также испытания с имитацией термического цикла сварки. Процедура испытаний предусматривает поочередно сварку серии образцов с одновременным деформированием за счет перемещения захватов с заданной скоростью. Первый образец сваривается с минимальной скоростью деформирования. В последующих образцах скорость ступенчато возрастает. Скорость, соответствующая зарождению ГТ, является критической (V_кр). V_кр является критерием стойкости к ГТ.

Машинные методы испытаний применяются для сравнительной оценки сплавов и технологических вариантов сварки. Преимущества – количественный характер оценки и малая металлоемкость эксперимента. Недостатки – необходимость специального оборудования и большой объем испытаний.

2. Технологические пробы

Vсв

При испытаниях с помощью технологических проб на металл воздействуют деформации от усадки шва и формоизменения образцов. Специальная конструкция образцов обуславливает повышенные темпы высокотемпературной деформации.

		40<b<200

Проба МВТУ

С ростом ширины образца вероятность зарождения ГТ выше. Критерий стойкости к ГТ – максимальная величина b, при которой не происходит зарождение ГТ.

Конструкция образца способствует предельному затруднению усадки металла углового шва и ОШЗ. Угловой шов наносится по исследуемому варианту технологии сварки. При отсутствии ГТ данный технологический вариант считается приемлемым с точки зрения стойкости к ГТ.

Преимущества технологических проб – быстрота проведения эксперимента и отсутствие необходимости в специальном оборудовании.

Недостатки – качественный или полуколичественный характер критериев оценки и большая металлоемкость эксперимента.

Методы борьбы с ГТ

Для повышения стойкости против ГТ необходимо стремиться к уменьшению ТИХ, увеличению пластичности в ТИХ и снижению темпа деформации. Все известные способы повышения технологической прочности в конечном итоге сводятся к следующим основным:

1. Изменение химсостава.

2. Выбор оптимального режима сварки.

3. Рациональный тип конструкции.

При сварке с применением присадочных материалов химсостав металла шва и особенности кристаллизации определяются долями участия основного и присадочного (электродного) металлов.

В первую очередь при изменении химсостава уделяется внимание уменьшению содержания вредных примесей (серы, фосфора), образующих затвердевающие в последнюю очередь легкоплавкие эвтектики. Широко используется дополнительное легирование элементами, связывающими вредные примеси в тугоплавкие соединения (например, сульфид марганца).

Наличие в первичной структуре столбчатых кристаллитов способствует увеличению склонности к ГТ. Модифицируя сварочную ванну титаном, алюминием, РЗМ, а также сильными карбидообразующими элементами , можно получить более благоприятную равноосную первичную структуру. Для создания дополнительных центров кристаллизации в сварочную ванну вводят дополнительный присадочный материал (проволоку, гранулы, порошок) аналогичного состава. Весьма эффективно воздействие на ванну расплавленного металла колебаний (ультразвуковых, механических, электромагнитных и т.д.).

Для высоколегированных аустенитных сталей рациональное легирование позволяет получить двухфазную структуру, способствующую подавлению столбчатой первичной аустенитной структуры. Второй фазой могут быть первичный δ – феррит (2-6%) и тугоплавкие фазы (карбиды, нитриды, интерметаллиды). Наличие тугоплавких фаз на границах зерен препятствует интеркристаллитному скольжению в ТИХ-2.

Влияние режима сварки на сопротивляемость ГТ весьма велико. Режимы сварки определяют характер и схему кристаллизации, и, что весьма важно, время пребывания металла шва и ОШЗ в области высоких температур.

На схеме представлено совместное влияние силы тока и скорости сварки на образование ГТ при сварке аустенитных сталей

Обобщенным критерием режима является величина R=qV_св – энерговложение на секундную длину шва. С увеличением R растут длина ванны, угол встречи кристаллитов в центре шва, а также темп растяжения металла в ТИХ.