Análise de quatro rachaduras comuns de soldagem no processo de fabricação de tubos de aço

Rachaduras de soldagem: o defeito grave mais comum em peças soldadas. Sob o efeito combinado da tensão de soldagem e outros fatores quebradiços, a força de ligação dos átomos de metal nas áreas locais da articulação soldada é destruída, resultando em uma nova lacuna de interface. Tem as características de entalhes nítidos e grandes proporções de aspecto. De acordo com as condições de formação, ele pode ser dividido em quatro categorias: rachaduras quentes, rachaduras frias, rachaduras e lágrimas em camadas.

Primeiro, rachaduras frias

As rachaduras frias são geradas durante ou após a soldagem a uma temperatura mais baixa, aproximadamente perto da temperatura de transformação de martensita (isto é, ponto de MS) de aço, ou abaixo de 300-200 ° C (ou T <0,5TM, TM é a temperatura do ponto de fusão expressa em temperatura absoluta), portanto eles são chamados rachaduras frias. Rachaduras frias podem ser divididas em rachaduras atrasadas, rachaduras de extinção e rachaduras quebradiças de baixa plástico.

(I) Condições de geração

A articulação soldada forma uma estrutura endurecida. Devido à grande tendência de endurecimento do aço, uma grande quantidade de martensita quebradiça, dura e grande é gerada durante o processo de resfriamento, formando uma grande tensão interna. Tendência de endurecimento das articulações: a influência do carbono é a chave. Quanto mais teor de carbono e cromo, mais espessa a placa, maior a área da seção transversal e menor a entrada de calor, mais grave o endurecimento.

Aço e soldas contêm hidrogênio mais difusível. Os átomos de hidrogênio se acumulam (concentrado) em defeitos (orifícios, deslocamentos) para formar moléculas de hidrogênio. O volume de moléculas de hidrogênio é maior que o dos átomos de hidrogênio e não pode continuar a se difundir. Eles continuam a se acumular, gerando uma enorme pressão da molécula de hidrogênio, atingindo dezenas de milhares de atmosferas, fazendo com que a articulação soldada rache. Em muitos casos, o hidrogênio é o fator mais ativo na indução de rachaduras frias.

As rachaduras ocorrem quando a tensão de tração de soldagem e a tensão de restrição são grandes (ou concentração de tensão) e excedem o limite de força da articulação.

(Ii) Causas: pode ser dividido em dois aspectos: seleção de material e o processo de soldagem.

1. Seleção de material

(1) correspondência inadequada do material pai e material de soldagem, resultando em uma enorme diferença de força;

(2) O material contém muitos elementos como carbono, cromo, molibdênio, vanádio e boro, o que aumenta a sensibilidade de endurecimento do aço.

2. Processo de soldagem

(1) A haste de soldagem não está totalmente seca e há umidade (água livre e água cristalina) no revestimento; Há óleo, ferrugem, água, tinta, etc. Na ranhura do material de soldagem e do material base; A umidade ambiente é muito alta (> 90%); O sulco é poluído pela chuva e neve. A umidade acima e a matéria orgânica se decompõe sob a ação do arco de soldagem para produzir H, fazendo com que o hidrogênio supersaturado se dissolva na solda.

(2) a temperatura ambiente é muito baixa; A velocidade de soldagem é muito rápida; A energia da linha de soldagem é muito baixa. Isso fará com que a área articular esfrie muito rapidamente, causando grande estresse interno.

(3) Estrutura de soldagem inadequada, resultando em grande tensão de restrição.

(4) rachaduras já ocorreram no ponto de soldagem do local, mas não foram removidas durante a soldagem; Pontos de concentração de estresse, como os meninos, causam rachaduras nos dedos da solda; Pontos de concentração de estresse, como penetração incompleta, causam rachaduras na raiz da solda; Pontos de concentração de estresse, como inclusões de escória, causam rachaduras na solda.

(Iii) Métodos de prevenção: pode começar de dois aspectos: seleção de material e o processo de soldagem.

1. Seleção de material correta

Use hastes e fluxos básicos de soldagem de baixo hidrogênio para reduzir o conteúdo de hidrogênio difuso no metal de solda; selecionar e corresponder ao material pai e ao material de soldagem; Se as condições técnicas permitirem, escolha materiais com boa tenacidade (como materiais de soldagem com um grau de resistência mais baixo) ou implemente 'Soft ' cobertura para reduzir o estresse residual da superfície; Se necessário, realize análises químicas, propriedades mecânicas, soldabilidade e testes de sensibilidade ao crack no material pai e no material de soldagem antes da fabricação.

2. Processo de soldagem

(1) executam estritamente operações de soldagem de acordo com as especificações corretas do processo obtidas no teste. Inclua principalmente: secagem estritamente a haste de solda de acordo com as especificações; selecionar especificações de soldagem apropriadas e energia de linha, corrente razoável, tensão, velocidade de soldagem, temperatura intercalada e sequência de soldagem correta; inspecionar e processar soldagem à vista; Limpando soldagem dupla face, etc.; Limpeza cuidadosamente a ranhura e o fio de solda para remover óleo, ferrugem e umidade.

(3) selecione uma estrutura de soldagem razoável para evitar tensão excessiva de restrição; forma de ranhura correta e sequência de soldagem; e reduzir o valor de pico da tensão residual da soldagem.

(4) Pré-aquecimento antes da soldagem, resfriamento lento após soldagem, controle da temperatura intercalada e tratamento térmico pós-soldado são métodos eficazes para evitar rachaduras frias em aço de alta resistência com baixa soldabilidade e estruturas inevitáveis ​​de alta restrição. O pré-aquecimento e o resfriamento lento podem desacelerar a taxa de resfriamento (estender o tempo de permanência de △ T 800-500 ℃), melhorar a microestrutura da articulação, reduzir a tendência de endurecer e reduzir o estresse da microestrutura; O tratamento térmico pós-solda pode eliminar o estresse residual da soldagem e reduzir o conteúdo de hidrogênio difuso na solda. Na maioria dos casos, o tratamento térmico do alívio do estresse deve ser realizado imediatamente após a soldagem.

(5) martelar imediatamente após a soldagem para dispersar o estresse residual e evitar áreas de alto estresse é um dos métodos efetivos para evitar rachaduras frias durante a soldagem de reparo local.

(6) Na raiz da solda e na superfície da solda, onde o estresse é relativamente concentrado (a zona afetada pelo calor está sujeita a menor tensão de restrição), usando eletrodos com níveis mais baixos de força, geralmente atinge bons resultados sob alta restrição.

(7) A soldagem inerte a gás pode maximizar o controle do teor de hidrogênio da solda e reduzir a sensibilidade das rachaduras frias, de modo que a soldagem TIG e MIG deve ser promovida vigorosamente.

Segundo, rasgando em camadas

O rasgo em camadas é uma forma especial de rachaduras frias. Isso se deve principalmente à presença de inclusões em camadas (ao longo da direção do rolamento) (especialmente sulfetos) na placa de aço. Sob a tensão de tração perpendicular à direção do rolamento (direção da espessura da placa) gerada durante a soldagem, 'Etapa '-tipo as rachaduras em camadas paralelas à superfície enrolada do material pai são geradas na zona afetada pelo calor da placa de aço ou ligeiramente mais longe. Ocorre nas soldas de canto de placas grossas em forma de T e em forma de K. Melhorar a qualidade das placas de aço, reduzir as inclusões em camadas no aço e tomar medidas dos aspectos da tecnologia de projeto estrutural e soldagem para reduzir a tensão de tração de soldagem na direção da espessura da placa, pode impedir a ruptura em camadas. Antes da soldagem de placas espessas, o teste de penetração ultrassônico e de ranhura das placas é realizado para verificar as inclusões em camadas. Se houver inclusões em camadas, tente evitá -las ou repará -las ou moer com antecedência.

Terceiro, rachaduras térmicas

As rachaduras térmicas são geradas em altas temperaturas, da faixa de temperatura de solidificação a temperaturas acima de A3, de modo que são chamadas rachaduras térmicas, também conhecidas como rachaduras de alta temperatura. Se houver mais elementos de impureza eutética de baixa fusão (P, S, C, etc.) e mais defeitos da treliça no material, é provável que a segregação do limite de grãos ocorra durante a cristalização do pool fundido de soldagem. As substâncias segregadas são principalmente eutetics de baixa fusão (como FES-Fe, Fe3p-Fe, NIS-NI, NI3P-NI) e impurezas. Eles existem no intercalador líquido durante o processo de cristalização, formando um filme líquido com resistência de deformação muito baixa. A fase líquida correspondente existe por mais tempo e, finalmente, cristaliza e solidifica. A força após a solidificação também é extremamente baixa. Quando a tensão de tração de soldagem for grande o suficiente, o intercalador líquido será separado, ou será quebrado logo após a solidificação para formar rachaduras. Além disso, se houver eutetics e impurezas de baixa fusão nos limites dos grãos do material pai, esses eutetics de baixa fusão se derreterão em intercocadores líquidos na zona afetada pelo calor quando a temperatura de aquecimento exceder seu ponto de fusão. Quando a tensão de tração de soldagem for grande o suficiente, eles também serão separados para formar rachaduras liquefeitas na zona afetada pelo calor. As rachaduras térmicas são todas rachadas ao longo dos limites de grãos austenitas e são serrilhadas, portanto também são chamadas rachaduras intergranulares. Eles geralmente aparecem no meio da solda, especialmente no poço do arco. A maioria deles está na junção dos cristais colunares da solda, ou seja, a posição final da solidificação da solda, que também é a posição com maior probabilidade de causar segregação eutética de baixa fusão; Alguns aparecem na zona afetada pelo calor. Rachaduras longitudinais na solda geralmente ocorrem no centro da solda, paralelas ao comprimento da solda; As trincas transversais geralmente ocorrem ao longo dos limites dos grãos colunares e são conectadas aos limites dos grãos do material pai, perpendicular ao comprimento da solda. Quando a rachadura penetra na superfície e se comunica com o ar, a superfície da fratura é oxidada (como cinza azul, etc.), e algumas rachaduras macro na superfície da solda são preenchidas com escória.

(I) Causas de ocorrência

1. Seleção do material: o teor de enxofre excessivo no material produz 'Brittlessness ' quente '; O conteúdo excessivo de cobre produz 'cobre Brittleness '; O conteúdo excessivo de fósforo produz 'Cold Brittleness '.

2. Processo de soldagem: para aço inoxidável à base de níquel, sequência de soldagem inadequada ou temperatura excessiva entre camadas, entrada excessiva de calor e velocidade de resfriamento lento; Formulário de sulco inadequado (solda estreita e profunda com coeficiente de forma de solda ψ = B/H≤1), a soldagem de passagem única de camada única é propensa a rachaduras na segregação do centro de solda; Proteção de pit más arco, devido à segregação, as rachaduras quentes do arco são propensas a ocorrer; Vários reparos farão com que os defeitos da treliça se agreguem e forme rachaduras quentes poligonais.

(Ii) Métodos de prevenção

Como a ocorrência de rachaduras quentes está relacionada a fatores de estresse, os métodos de prevenção também devem começar com a seleção de materiais e o processo de soldagem.

1. Seleção de material

(1) Limitar o conteúdo de elementos e impurezas prejudiciais que tendem a segregar em materiais de aço e soldagem, especialmente o conteúdo de S, P e C, porque eles não apenas formam eutetics de baixa fusão, mas também promovem a segregação. C≤0,10%A sensibilidade das rachaduras a quente pode ser bastante reduzida. Se necessário, devem ser realizadas análises químicas e inspeção de baixa potência (como impressão de enxofre, etc.) do material.

(2) Ajuste a composição química do metal de solda, melhore a estrutura, refine os grãos, melhore a plasticidade, altere a forma e a distribuição de impurezas nocivas e reduza a segregação, como o uso de uma estrutura de fase dupla de austenita e menos do que 6% de ferrita.

(3) Aumentar a basicidade da haste de soldagem e do fluxo para reduzir o conteúdo de impurezas na solda e melhorar o grau de segregação.

2. Processo de soldagem

(1) Escolha uma forma de ranhura razoável, coeficiente de formação de solda ψ = b/h ＞ 1, evite soldos estreitos e profundos 'em forma de pêra ', impedem que os cristais colunares se encontrem no centro da solda, produza segregação central e forma uma fratura quebradiça; Use soldagem de várias camadas e multi-passa para interromper a agregação da segregação. Vale ressaltar que a corrente de soldagem excessiva também formará uma solda de '' em forma de pêra.

(2) Especificações de soldagem de controle:

um. Use energia menor (apropriada) da linha de soldagem. Para o aço inoxidável austenítico (à base de níquel), use energia menor da linha de soldagem o máximo possível (sem pré-aquecimento, sem balanço ou menos balanço, soldagem rápida, pequena corrente), controlam estritamente a temperatura do intercalar, de modo a reduzir o tempo de permanência do tempo de residência de o metal de solda na zona de alta temperatura; b. Preste atenção à proteção ao fechar o arco, feche o arco lentamente e encha o poço do arco para evitar a segregação do poço do arco e rachaduras térmicas;

c. Evite múltiplos reparos o máximo possível para impedir que os defeitos da treliça aglomeram e gerem rachaduras térmicas poligonais;

d. Tome medidas para minimizar o estresse articular, evitar a concentração de tensão e reduzir a rigidez perto da solda. Organize corretamente a sequência de soldagem e tente fazer com que a maioria das soldas seja soldada em uma rigidez menor para permitir que eles encolhem.

Quarto, reaqueça rachaduras

As rachaduras de reaquecimento se referem às juntas soldadas de alguns aços de alta resistência e aços resistentes ao calor contendo elementos de liga como vanádio, cromo, molibdênio e boro. Durante o processo de aquecimento (como recozimento de alívio do estresse, soldagem multi-passa-passes, trabalho de alta temperatura etc.), eles ocorrem na área de grão grosso da zona afetada pelo calor e rachaduras ao longo do grão austenita original limites. Eles também são chamados de rachaduras em recozimento de alívio do estresse (rachaduras de SR). As rachaduras no reaquecimento são originárias da área de grão grosso da zona afetada pelo calor da solda e têm as características da fratura do limite de grãos, e a maioria das rachaduras ocorre em áreas concentradas por estresse.

Medidas preventivas

1. Ao selecionar materiais, deve-se prestar atenção aos elementos de formação de carbonetos que podem causar precipitação, especialmente o conteúdo V. Quando o aço alto V-V deve ser usado, atenção especial deve ser dada durante a soldagem e o tratamento térmico.

2. Evitar áreas sensíveis ao reaquecimento durante o tratamento térmico pode reduzir a possibilidade de rachaduras no reaquecimento. Se necessário, os testes de processo de tratamento térmico devem ser realizados antes do tratamento térmico.

3. Minimize a concentração de tensão e tensão residual, reduza o excesso de altura, elimine o corte de baixo, a penetração incompleta e outros defeitos e moa o excesso de altura e solda para suavizar, se necessário; Aumente a temperatura de pré -aquecimento, resfriamento lento após a soldagem e reduza o estresse residual.

4. Energia de linha apropriada para evitar superaquecimento da zona afetada pelo calor e grãos grossos.

5. Com a premissa de atender aos requisitos de projeto, selecione uma haste de solda com um grau de resistência mais baixo para liberar parte do estresse eliminado pelo processo de tratamento térmico, para que o estresse seja relaxado na solda, o que é bom para reduzir as rachaduras no reaquecimento .