Горячие и холодные трещины в сварных соединениях

В процессе сварки могут образовываться горячие и холодные трещины. Наибольшей склонностью к горячим трещинам обладают сплавы, содержащие около 5%. Сr и 1,0—2,5% С, и сплавы, содержащие 9—10% Сr и 0,9—1,2% С.

Горячими, или кристаллизационными, трещинами называют микроскопические и макроскопические трещины, имеющие характер надреза, несплошности, зарождающиеся в интервале кристаллизации металла. В зависимости от расположения по отношению к сварному шву трещины бывают продольными и поперечными. Продольные трещины располагаются по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между соседними кристаллитами, а поперечные — между соседними кристаллитами. Иногда в сварных швах наблюдается оба вида трещин.

Рассмотрим механизм образования кристаллизационных трещин. Во время затвердевания — кристаллизации — металл шва проходит через температурный интервал хрупкости, представляющий собой участок интервала кристаллизации от начала переплетения и срастания дендритов в жесткий каркас до температуры реального солидуса. В указанном интервале металл шва находится в твердо-жидком состоянии и для него характерно резко выраженное снижение (провал) пластичности по сравнению с пластичностью закристаллизовавшегося металла. Пластическая деформация в таких условиях заключается во взаимном перемещении кристаллитов, которые при этом могут деформироваться. При переходе через температурный интервал реального солидуса (нижний предел интервала хрупкости) пластические свойства металла резко улучшаются. При этом величина температурного интервала хрупкости определяется химическим свойством металла. Кристаллизация металла шва происходит в условиях воздействия растягивающих напряжений, которые возникают в результате неравномерного нагрева и охлаждения свариваемого металла, жесткого крепления деталей и затрудненного сокращения металла шва.

Растягивающие напряжения вызывают упруго-пластическую деформацию металла шва, интенсивность нарастания которой увеличивается со снижением температуры. В тот период, когда металл шва еще будет находиться в состоянии пониженной пластичности (в температурном интервале хрупкости), а величина пластической деформации превзойдет пластичность металла, произойдет разделение кристаллитов, т.е. образование трещины. И наоборот, кристаллизационной трещины не будет, если пластическая деформация, которую претерпевает металл во время его пребывания в температурном интервале хрупкости, не превзойдет пластичности основного металла:

Образование холодных трещин при сварке в металле шва и околошовной зоны обусловлено резким изменением механических свойств, а также характером напряженного состояния в процессе фазовых и структурных превращений. В сталях перлитного и мартенситного классов эти изменения связаны с мартенситным и промежуточным превращениями; в титане, цирконии и их сплавах — с гидридными превращениями. В образований холодных трещин при сварке указанных сталей существенную роль играет водород, который в процессе превращения аустенита в атомарном состоянии выделяется из твердого раствора в микрообъёмы (пустоты). Выделившийся атомарный водород соединяется в молекулы и создает в окружающем объеме металла давление, вызывающее высокие напряжения второго рода и способствующее образованию холодных трещин.