En la costura de soldadura o el área cercana a la costura, debido a la influencia de la soldadura, la combinación atómica del material se destruye, y la costura formada por la formación de una nueva interfaz se denomina grieta de soldadura, que se caracteriza por una brecha aguda y una gran relación de aspecto.
Las grietas se pueden dividir en grietas en caliente, grietas en frío, grietas por corrosión bajo tensión y desgarro lamelar según la temperatura y el tiempo de aparición. En la producción de soldadura, hay muchos lugares donde se producen grietas. Algunas grietas aparecen en la superficie de la soldadura y se pueden observar a simple vista; algunos están ocultos dentro de la soldadura y solo se pueden encontrar a través de la detección de fallas; algunos ocurren en la soldadura; y algunos ocurren en la zona afectada por el calor. Vale la pena señalar que a veces se producen grietas durante el proceso de soldadura y, a veces, aparecen después de colocar u operar la soldadura durante un período de tiempo después de la soldadura. Estas últimas se denominan grietas retardadas, que son más dañinas. Las ubicaciones y tipos de grietas comunes se muestran en la siguiente figura.
imagen
La ubicación y el tipo de grietas comunes.
2. Los peligros de las grietas de soldadura
La grieta de soldadura es el defecto más dañino. Además de reducir la capacidad de carga de la unión soldada, la brecha pronunciada al final de la fisura causará una concentración de tensión importante, promoverá la expansión de la fisura y, finalmente, conducirá a la destrucción de la estructura soldada, y el producto será desechado provocar accidentes graves. En general, las grietas son un defecto inadmisible en las uniones soldadas. Una vez encontrado, debe ser completamente removido y reparado y soldado.
3. Causas y medidas de prevención de grietas de soldadura.
Debido a las diferentes causas y mecanismos de formación de diferentes grietas, los tres tipos de grietas en caliente, grietas en frío y grietas recalentadas se discutirán por separado a continuación.
3.1, grieta caliente
Las grietas térmicas generalmente se refieren a grietas generadas a altas temperaturas (desde cerca del rango de temperatura de solidificación hasta por encima de la línea A3 en el diagrama de balance de hierro-carbono) como se muestra en la figura a continuación, también conocidas como grietas de alta temperatura o grietas de cristalización.
imagen
Las grietas en caliente generalmente ocurren dentro de la soldadura y, en ocasiones, también pueden aparecer en la zona afectada por el calor, como se muestra en la figura.
imagen
razón:
Debido al fenómeno de segregación en el baño de fusión de soldadura durante el proceso de cristalización, el eutéctico de bajo punto de fusión y las impurezas forman segregación en la capa intermedia líquida durante el proceso de cristalización, y la resistencia después de la solidificación también es baja. Cuando la tensión de soldadura sea lo suficientemente grande, se liberará la capa intermedia líquida. Las capas o el metal sólido recién solidificado se separan para formar grietas.
Además, si hay eutécticos de bajo punto de fusión e impurezas en los límites de grano del metal base, estos compuestos de bajo punto de fusión se derretirán para formar una capa intermedia líquida en la zona afectada por el calor donde la temperatura de calentamiento excede su punto de fusión. Cuando la tensión de tracción de la soldadura es lo suficientemente grande, también se separará para formar grietas de licuefacción en la zona afectada por el calor.
En resumen, la aparición de grietas térmicas es el resultado de los efectos combinados de factores metalúrgicos y mecánicos.
Prevención:
Las medidas para prevenir las grietas térmicas pueden partir de dos aspectos de factores metalúrgicos y factores mecánicos.
Controlar el contenido de elementos nocivos e impurezas en el metal base y consumibles de soldadura
Limite el contenido de elementos fácilmente segregables e impurezas dañinas en el metal base y los materiales de soldadura (incluidas la varilla de soldadura, el alambre de soldadura, el fundente y el gas de protección). En particular, debe controlarse el contenido de elementos impuros como el azufre y el fósforo y debe reducirse el contenido de carbono.
El azufre es prácticamente insoluble en el acero y forma sulfuro de hierro (FeS), que tiene un punto de fusión bajo, con el hierro. Durante la soldadura, la presencia de sulfuro de hierro provocará el agrietamiento en caliente de la soldadura y grietas de licuefacción en la zona afectada por el calor, lo que deteriorará el rendimiento de la soldadura; el mismo azufre existe en el límite de grano en forma de película, lo que reducirá la plasticidad y tenacidad del acero. Generalmente, el contenido de azufre en el acero usado para soldar no debe exceder 0.045 por ciento. A veces se requieren controles más estrictos.
El fósforo reducirá la plasticidad y la tenacidad del acero, aumentará la temperatura de transición frágil del acero y provocará grietas en las soldaduras y las zonas afectadas por el calor. El contenido de fósforo no debe exceder 0.055 por ciento. A veces se requieren controles más estrictos.
El rendimiento de soldadura de los materiales está estrechamente relacionado con el contenido de carbono. Cuanto mayor sea el contenido de carbono del acero, peor será la soldabilidad. En general, se cree que el contenido de carbono en la soldadura se controla por debajo del 0,10 por ciento, y la sensibilidad al agrietamiento térmico se puede reducir considerablemente.
Ajuste la composición química del metal de soldadura, mejore la estructura de la soldadura, refine el grano de la soldadura para mejorar su plasticidad, reduzca o disperse el grado de segregación y controle los efectos nocivos del eutéctico de bajo punto de fusión.
Por ejemplo, al soldar acero inoxidable austenítico, el uso de soldadura de estructura de doble fase de austenita más ferrita puede mejorar su resistencia al agrietamiento térmico. La costura de soldadura austenítica monofásica es propensa a grietas en caliente.
Use varilla de soldadura básica o fundente para reducir el contenido de impurezas en la soldadura y mejorar el grado de segregación durante la cristalización.
Controle la especificación de soldadura, aumente adecuadamente el factor de forma de la soldadura, adopte el método de soldadura multicapa de varias pasadas, evite la segregación de la línea central y evite las grietas en la línea central. Al soldar, la relación entre el ancho de la soldadura y el espesor de la soldadura en la sección de soldadura de un solo paso se denomina factor de forma, o factor de forma de soldadura, de la soldadura. Cuando el factor de forma de la costura de soldadura es demasiado pequeño, la costura de soldadura es estrecha y profunda, y las impurezas con bajo punto de fusión se acumularán en el centro de la costura de soldadura, lo que aumenta en gran medida la posibilidad de grietas térmicas. Cuando el factor de forma de la costura de soldadura es grande, la costura de soldadura es ancha y poco profunda, los eutécticos de bajo punto de fusión y las impurezas se acumulan en la región cercana a la superficie de la soldadura, lo que reduce en gran medida la propensión al agrietamiento en la línea central.
Tomar medidas para reducir el estrés de soldadura.
Tome varias medidas tecnológicas para reducir el estrés de la soldadura, como adoptar una secuencia y un método de soldadura razonables, usar una energía de entrada de soldadura más pequeña, precalentamiento general y método de martilleo, etc.
Rellenar el cráter del arco durante el cierre del arco puede evitar las grietas del cráter del arco.
3.2, grieta fría
Las grietas en frío generalmente se refieren a las grietas generadas por la soldadura por debajo de la temperatura A3 durante el proceso de enfriamiento. La temperatura a la que se forman las grietas suele ser inferior a 300~200 grados, que está dentro del rango de temperatura de transformación martensítica, por lo que se denomina grieta en frío.
Las grietas en frío pueden aparecer inmediatamente después de la soldadura, o después de mucho tiempo después de soldar, por lo que también se denominan grietas retardadas. Dado que la generación de fisuras en frío está relacionada con el hidrógeno, también se denominan fisuras inducidas por hidrógeno. La generación de grietas en frío tiene un carácter retardado, lo que puede provocar accidentes graves inesperados. Por lo tanto, es más peligroso y se le debe prestar toda la atención.
imagen
Causas de grietas en frío
Las condiciones básicas para la formación de grietas en frío son: la formación de una estructura endurecida en las uniones soldadas; la existencia y concentración de hidrógeno difusible; y la existencia de grandes tensiones de tracción de soldadura. Estas tres condiciones se influyen y se promueven mutuamente. Bajo diferentes circunstancias, cualquiera de los tres factores puede conducir a la generación de grietas en frío, entre las cuales el hidrógeno difusible es el factor más activo que induce grietas en frío.
Medidas de prevención de grietas en frío
1) Use electrodos o fundentes básicos para reducir el contenido de hidrógeno difusible en el metal de soldadura. Los electrodos alcalinos también se denominan electrodos de bajo hidrógeno, que pueden reducir el contenido de hidrógeno en el metal de soldadura.
2) Los electrodos y el fundente deben secarse estrictamente de acuerdo con los requisitos especificados antes de su uso. Además, la ranura y el alambre de soldadura deben limpiarse cuidadosamente para eliminar manchas de aceite, agua y óxido para reducir la fuente de hidrógeno.
3) Elija especificaciones de soldadura y entrada de calor razonables, como precalentamiento antes de soldar, control de temperatura entre capas, enfriamiento lento después de soldar, etc., para mejorar el estado organizacional de la soldadura y la zona afectada por el calor.
4) Realice el tratamiento térmico a tiempo después de la soldadura. Una es realizar un tratamiento de recocido para eliminar tensiones internas, templar la estructura templada y mejorar su tenacidad; el otro es llevar a cabo un tratamiento de eliminación de hidrógeno para que escape completamente el hidrógeno de la unión soldada.
5) Mejore la calidad del acero, reduzca las inclusiones en capas en el acero y tome medidas desde el diseño estructural y el proceso de soldadura para reducir la tensión de tracción de soldadura en la dirección del espesor de la placa, lo que puede evitar el desgarro en capas.
6) Tomar varias medidas tecnológicas para reducir la tensión de soldadura (ver grietas térmicas, medidas preventivas para más detalles)
3.3, recalentar crack
Las grietas por recalentamiento se originan en la zona de grano grueso en la zona de soldadura afectada por el calor, que se caracteriza por la fractura del límite de grano. La mayoría de las grietas ocurren en las partes de concentración de esfuerzos. Generalmente, se forma cuando el área de soldadura se vuelve a calentar, por lo que se denomina grieta por recalentamiento.
Causas de grietas por recalentamiento
Generalmente se cree que la razón de las grietas por recalentamiento es que durante el recalentamiento, los carburos de solución sólida supersaturada (principalmente carburos de vanadio y molibdeno) precipitan nuevamente durante el primer proceso de calentamiento, lo que resulta en un endurecimiento y deslizamiento intragranular. La tensión se concentra en los antiguos límites de grano austenítico. Las grietas por recalentamiento se forman cuando la capacidad de deformación plástica de los límites de grano es insuficiente para resistir las deformaciones inducidas durante la relajación de la tensión.
Medidas de prevención de grietas por recalentamiento
1) Reducir la tensión residual y la concentración de tensión, como aumentar la temperatura de precalentamiento, enfriar lentamente después de la soldadura y una transición suave entre la soldadura y el metal base.
2) Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de diseño, seleccione el material de soldadura apropiado para que la resistencia a alta temperatura del metal de soldadura sea ligeramente menor que la del metal base, permitiendo que la tensión se relaje en la soldadura y evitando grietas en el zona afectada por el calor.
3) En el caso de garantizar la resistencia de la junta a temperatura ambiente, aumente la temperatura de recocido para aliviar la tensión, lo que resultará en la precipitación de partículas de carburo relativamente gruesas para mejorar la ductilidad a alta temperatura.
