Оценка склонности стали к образованию холодных трещин при сварке

Холодная сварка

Холодная сварка базируется на пластической деформации металлов в месте соединения путем скольжения и/или при сжатии. Данный способ сварки осуществляется при отрицательных или нормальных температурах в результате схватывания - без диффузии. Преимущество холодной сварки заключается в том, что для ее осуществления не требуется мощного источника электрической энергии, чтобы нагреть свариваемые заготовки. При холодной сварке сварной шов не агреняется примесями и имеет высокую однородность, а также высокие показатели стабильности электрического сопротивления и коррозионной стойкости. Простота контроля режима сварки и процесса подготовки деталей, отсутствие вспомогательных материалов, тепловых и газовых выделений, способствуют возможности дистанционного управления процессом и его скорость делают холодную сварку высокотехнологичной, не требуют высокой квалификации сварщика- оператора. К основным недостаткам холодной сварки относятся следующие аспекты:

• существенные расходы металла на величину припуска,
• маленькая номенклатура свариваемых материалов.

Холодная сварка применяется в электротехнической промышленности для соединения медных и алюминиевых проводов. В электромонтажном производстве такая сварка применяется в процессе изготовления бытовых приборов. Одной из разновидностей холодной сварки является ультразвуковая сварка - сварка давлением, при которой используются ультразвуковые колебания.

Оценка склонности стали к образованию холодных трещин при сварке

К холодным трещинам относятся те, которые возникают после охлаждения сварного соединения. У таких трещин имеется блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Для холодных трещин характерно наличие:

• напряжений, составляющих менее 0,9 от значения кратковременной прочности металла при сварке,
• инкубационного периода до образования трещины.

Определяющими факторами при образовании холодных трещин являются: повышенная концентрация диффузионного водорода в очаге зарождения трещины, наличие закалочных структур, а также повышенный уровень растягивающих сварочных напряжений первого рода. Способствуют появлению холодных трещин диффузионное перераспределение водорода и низкотемпературная ползучесть. Реализация низкотемпературной ползучести происходит посредством развития микропластической деформации приграничных участках зерен. Она обусловлена присутствием в структуре свежезакаленного металла краевых дислокаций, которые способны скользить, при относительно невысоких напряжений. Большая вероятность возникновения скользящих дислокаций в мартенсите после сварки. Действие водорода проявляется в виде снижения поверхностной энергии границ зерен, что в свою очередь способствует росту субмикротрещин и полостей.

Оценка склонности стали к образованию холодных трещин в процессе сварки выявляется тремя основными способами:

• расчетные методики,
• машинные методы - механические испытания сварных образцов,
• применение сварочных технологических проб.

Машинные методы и метод сварочных технологических проб являются экспериментальными и регламентируются ГОСТ 26388, которым определяются состав испытательных приспособлений, режим сварки, а также виды и размеры образцов. Расчетные методы оценки склонности образования голодны трещин основаны на взаимосвязи возникновения трещин с закаливаемостью стали при сварке, возрастающая c увеличением степени легирования металла и насыщением металла шва и зоны термического влияния сварного соединения водородом.

При склонности образования холодных трещин применяется металловедческий критерий - наличие закалочных структур в металле сварного соединения, которые вызывают увеличение твердости металла выше, чем допустимый уровень, также уменьшение ударной вязкости ниже, чем предельное значение, регламентируемые нормативными документами. Из-за того, что закаливаемость стали возрастает с увеличением степени ее легированности, склонность к образованию холодных трещин может быть оценена по значению эквивалентного углерода. 3ависимости, которые используются для расчета эквивалентного углерода отличаются друг от друга и применимы только к определенной группе сталей. В общем виде формула для расчета эквивалентного углерода выглядит следующим образом:

$Сx = C + Mn/X...Ni/X $

где С, Mn, Ni - массовые доли химических элементов; X - процент содержания химического элемента в сплаве.

Если значение Cx >= 0,45 %, то сталь считается склонной к образованию холодных трещин при сварке.